Bei einem Einsatz wird die Kree-Soldatin Vers (Brie Larson) von den Skrull gefangengenommen. Als die Gestaltenwandler auf Anweisung ihres Kapitäns Talos (Ben Mendelsohn) versuchen, mit einer Maschine Informationen aus dem Gehirn ihrer Geisel herauszuziehen, kann Vers mit einer Fluchtkapsel entkommen, woraufhin sie anschließend in den USA der 1990er Jahre durch das Dach einer Videothek kracht. Während die S.H.I.E.L.D.-Agenten Nick Fury (Samuel L. Jackson) und Phil Coulson (Clark Gregg) erst einmal alles daransetzen, die vermeintliche Außerirdische zu fangen, findet Vers schon bald heraus, dass sie offenbar schon einmal auf diesem Planeten war und unter dem Namen Carol Danvers als Kampfpilotin für das US-Militär gearbeitet hat...

Der mächtige Anführer der Autobots, Optimus Prime (Stimme im Original: Peter Cullen), hat die Erde verlassen. Fernab unserer Welt merkt er, dass seine Heimat Cybertron zerstört wurde. Um sie wiederaufzubauen, braucht Optimus Prime ein Artefakt, das zu Zeiten von König Artus (Liam Garrigan) auf unserem Planeten versteckt wurde. Und die brutale Wahrheit lautet: Nur eine der beiden Welten kann leben - entweder Cybertron oder die Erde. Um letztere zu retten, bildet sich eine ungewöhnliches Bündnis: Cade Yaeger (Mark Wahlberg), der Transformer Bumblebee, der englische Lord Edmund Burton (Anthony Hopkins), die Geschichtsprofessorin Vivien Wembley (Laura Haddock) und die junge Izabella (Isabella Moner) versuchen gemeinsam, den Untergang abzuwenden - in einem Kampf, in dem aus Freunden Feinde werden...