Vier Jahre nach der Schlacht von Chicago hat sich die Welt gegen alle Transformers gewandt. Die Menschheit, die immense Kollateralschäden durch die vorherigen Kriege erlitten hat, jagt nun sowohl Autobot als auch Decepticon. Eine militärische Taskforce namens TRF (Transformers Reaction Force) setzt die neue Ordnung durch und zwingt die verbliebenen Autobots in den Untergrund. Der Erfinder Cade Yeager, der seine außerirdischen Freunde immer noch beschützt, lebt als Geächteter auf einem Schrottplatz zusammen mit den Autobots Bumblebee, Hound, Drift und Crosshairs, sowie einem jungen Waisenmädchen namens Izabella und ihrem kleinen, beschädigten Autobot-Gefährten Sqweeks.

Weit entfernt von der Erde entdeckt Optimus Prime, der aufgebrochen ist, um seine Schöpfer zu finden, die verwüsteten Überreste seiner Heimatwelt Cybertron. Er wird von Quintessa gefunden, einer mächtigen Zauberin, die behauptet, die Transformers erschaffen zu haben. Sie wäscht Optimus das Gehirn, wandelt ihn in Nemesis Prime um und schickt ihn mit einer Mission zurück zur Erde, um ein legendäres Artefakt namens Stab des Merlin zu holen. Quintessa beabsichtigt, mit dem Stab Energie von der Erde abzuzapfen, um Cybertron zu reparieren, wobei sie jedoch die Menschheit vollständig zerstört. Sie enthüllt außerdem, dass die Erde selbst die schlafende Form von Unicron ist, einer kolossalen bösen Entität.

Als Nemesis Prime seine Zerstörung beginnt, entdeckt der menschliche und autobotische Widerstand, dass die Transformers die menschliche Geschichte seit Jahrhunderten heimlich beeinflusst haben. Ein exzentrischer britischer Lord und Historiker, Sir Edmund Burton, zusammen mit seinem robotischen Butler Cogman, enthüllt, dass eine große Allianz zwischen den Autobots und den Rittern der Tafelrunde bestand. Der mächtige Stab gehörte dem Zauberer Merlin, der tatsächlich ein Hochstapler war, dem seine Kräfte von einem cybertronischen Ritter verliehen wurden. Der Stab wurde versteckt, um ihn zu schützen, und sein genauer Standort ist ein Geheimnis, das durch Merlins Blutlinie weitergegeben wurde.

Sir Edmund rekrutiert Cade Yeager und eine Oxford-Professorin namens Vivian Wembley, die sich als Merlins letzte lebende Nachfahrin herausstellt. Während das unwahrscheinliche Trio nach Hinweisen sucht, die von England über das nationalsozialistische Deutschland bis zum Meeresgrund führen, werden sie sowohl von der menschlichen TRF als auch von den Decepticons verfolgt, die nun erneut von Megatron angeführt werden. Megatron hat ein brüchiges Bündnis mit Quintessa geschlossen, in dem Glauben, mit der Kontrolle über die Erde belohnt zu werden.

Der Höhepunkt ereignet sich bei Stonehenge, das tatsächlich ein Schlüsselmechanismus zur Aktivierung des Stabes ist. Cybertron beginnt, in die Erdatmosphäre einzudringen und verursacht katastrophale geologische Zerstörungen. Während der Planet auseinanderbricht, starten die Autobots und ihre menschlichen Verbündeten einen letzten Angriff. Vivian kann den Stab erfolgreich an sich nehmen, wird jedoch von Megatron gefangen genommen. Cade und Bumblebee stellen sich dem korrumpierten Optimus Prime. In einem kritischen Moment spricht Bumblebee zum ersten Mal seit Jahren mit seiner wahren Stimme und ruft Optimus als alten Freund an, was Quintessas Gedankenkontrolle bricht. Ein wiederhergestellter Optimus Prime holt den Stab und zerstört Quintessa. Dann rammt er den Stab in den Boden, wodurch Cybertron von der Erde weggezogen wird und der Planet gerettet wird. Im Anschluss erklärt Optimus, dass die Transformers nun als wahre Ritter an der Seite der Menschheit stehen werden und beendet damit ihren Krieg.