La trama del film si concentra sulla scoperta dell'Arca, un'astronave nascosta contenente un'arma potente, e sulla successiva battaglia contro i Decepticon. I personaggi umani si concentrano principalmente su Sam Witwicky (Shia LaBeouf) e la sua nuova ragazza, Carly Spencer (Rosie Huntington-Whiteley).
Sebbene il motivo ufficiale dell'assenza di Megan Fox non sia stato dichiarato pubblicamente, è opinione diffusa che la sua partenza sia dovuta a divergenze creative con il regista Michael Bay. Secondo quanto riferito, ci sono state tensioni tra Fox e Bay durante la produzione di Transformers:Revenge of the Fallen (2009).
Nonostante la sua assenza, il destino di Mikaela non viene affrontato esplicitamente nel film. È implicito che lei e Sam si siano separati.