变形金刚2主要讲了山姆·维特维奇（希亚·拉博夫饰）成功阻止了“霸天虎”和“汽车人”两派变形金刚的对决，拯救了全世界的两年后，他虽然被视为英雄人物，但是他还是一个青少年，对于即将要上大学这件事充满了焦虑，尤其是要离开他的女友米凯拉（梅根·福克斯饰）以及第一次离开他的父母。他也必须向留下来守护他的变形金刚“大黄蜂”解释，他不希望他跟他去大学，因为山姆只想要过一个平凡的大学生涯，但是他这么做，就必须抛开他的宿命。

正当山姆想要尽可能把之前被卷入变形金刚大战的事件彻底忘记的同时，那场大战却造成了很多改变。第七区被政府关闭，而忠心耿耿的西蒙（约翰·特托罗饰）则被开除。一个被称为NEST的单位取代了第七区，他们利用兰诺斯中校（乔什·杜哈明饰）以及爱普斯（泰瑞斯·吉布森饰）曾经和“霸天虎”交过手的经验，和“汽车人”携手合作，避免“霸天虎”再次肆虐地球。只可惜短视的美国政府国家安全局顾问只想掌控美国所有的国防单位以及它们的力量，同时他认为NEST是无关紧要的单位，因为“霸天虎”不再构成威胁，所以打算关闭NEST。他认为人类不该卷入“汽车人”与“霸天虎”的纷争。

而当山姆好不容易甩掉一直对他碎碎念的父母，来到他的宿舍寝室时，却发现他的室友里奥（雷曼·罗德克里兹饰）除了是个疯计算机的宅男以外，也无所不用其极想要把大学的校花爱丽丝（伊莎贝尔·卢卡斯饰）。这时候山姆的脑海突然像被闪电击中一样，看到一幕一幕的影像从眼前闪过。他很怕自己像他的祖父一样发疯了，一开始死也不肯说出这个秘密，后来才发现出现在他脑海中的这些符号绝对不容忽视。这下子他原来打算过平凡生活的计划又泡汤了，山姆再度被卷入“汽车人”与“霸天虎”的大战，这次会影响整个宇宙的命运，而山姆却不知道，这场正邪之战的关键就掌握在他手中。但是靠着他的好友、他在NEST的战友，甚至靠着他的父母的帮忙，山姆终于接受维特维奇家族与生俱来的责任，不再逃避他必须承担的责任，也真正学会没有牺牲就没有胜利的意义。