当年那场惨烈的芝加哥大战，汽车人虽然成功击退了霸天虎的入侵，却也让地球人对他们失去了应有的信任与尊重。由美国中情局组建的“墓风”部队对所有的变形金刚进行无差别的猎杀，一时间汽车人和霸天虎全都在地球不见了踪影。某天，居住在得州的落魄机械发明家凯德·伊格（马克·沃尔伯格MarkyMark饰）买回来一辆破旧的卡车车头，谁知那竟是处在休眠中的汽车人首领擎天柱。嗅到气息的墓风部队蜂拥而至，苏醒后的擎天柱救走了凯德一家，也和散落在各个角落的汽车人相继取得联系。另一方面，疯狂的人类科学家从变形金刚的残骸中获知了他们变形的秘密，并企图借此制造出人造金刚，而脱胎自威震天的惊破天正是他们的得意作品以及催命死神。新一轮的危机卷土而来，地球面临更大的灾难……

高谭市接二连三发生绑架案，嫌疑人都指向了蝙蝠侠。蝙蝠侠（杰森·奥玛拉JasonO’Mara配音）和绿灯侠（贾斯汀·柯克JustinKirk配音）分头找到真凶的线索，对方留下一个神秘仪器后自爆。为了解开仪器的秘密，二人出发寻找超人（艾伦·图代克AlanTudyk配音）希望弄清真相。当他们正逼近事实时，仪器突然启动，原来这是某个外星入侵者设置的时空通道装置，大批外星人通过它开始侵略地球。与此同时，斯通博士也就神秘仪器展开调查，斯通博士的儿子维克（谢默·摩尔ShemarMoore配音）意外被仪器感染，死而复生化身拥有强大实力的超级战士。史无前例的危机，蝙蝠侠、超人、绿灯侠、闪电侠（克里斯托弗·高哈姆ChristopherGorham配音）、黛安娜（米歇尔·莫娜汉MichelleMonaghan配音）相继卷入战斗……

故事的设定发生在当下，变种人族群遭到了前所未有的毁灭性打击，而这一切的根源是“魔形女”瑞文（詹妮弗·劳伦斯JenniferLawrence饰）在1973年刺杀了玻利瓦尔·特拉斯克（彼特·丁拉基PeterDinklage饰）。在得知“幻影猫”（艾伦·佩吉EllenPage饰）利用穿越时空的能力帮助Blink（范冰冰饰）等战友逃脱巨型机器人“哨兵”的追杀后，X教授（帕特里克·斯图尔特PatrickStewart饰）和万磁王（伊恩·麦克莱恩IanMcKellen饰）达成认同，决定让金刚狼（休·杰克曼HughJackman饰）穿越回1973年，找到年轻的X教授（詹姆斯·麦卡沃伊JamesMcAvoy饰）和年轻的万磁王（迈克尔·法斯宾德MichaelFassbender饰）并说服他们一起阻止魔形女的行动。于是，金刚狼踏上了回到过去的旅程，但是命运会不会发生逆转，任何人都无从知晓。