《变形金刚3》的故事始于50多年前，一艘来自赛博坦的飞船坠落在月球表面，这一事件引发了美苏两国的太空竞赛。双方争相探索月球，试图揭开飞船残骸中隐藏的秘密。时间来到21世纪初，汽车人与人类结成联盟，共同对抗霸天虎的多次入侵，成功守护了地球的和平。然而，切尔诺贝利事件的发生让尘封已久的月球计划重新浮出水面，揭示了更大的危机。 　　为了防止霸天虎获取能量柱并利用其作恶，擎天柱率领汽车人前往月球，并在飞船残骸中救出了汽车人的前任领袖——御天敌。御天敌是能量柱的发明者，他掌握着一种强大的技术：通过集合数百根能量柱，可以建造太空桥，实现物质的瞬间传送。然而，这一技术若被滥用，将带来毁灭性的后果。 　　与此同时，山姆正忙于求职和经营与女友卡莉的感情生活，却不知不觉被卷入这场纷争。他逐渐发现霸天虎正在幕后操纵一切，试图利用能量柱和太空桥实现某种不可告人的目的。然而，更大的阴谋仍在暗处酝酿，月球阴影下的真相远超所有人的想象。随着各方势力的角逐，地球的命运再次悬于一线，汽车人与人类必须携手合作，才能阻止这场足以改变宇宙格局的灾难。