I Transformers 3 kæmper Sam videre side om side med The Autobots i krigen mod The Decepticons.

De gode robotter Autobots, med Optimus Prime i spidsen, lærer om et rumskib fra deres hjemplanet Cybertron, der er landet på månen.

Nu må de nå dertil, før deres onde fjender Decepticons for at lære om skibets hemmeligheder, der kan føre til en afgørende sejr i kampen mellem Transformers.

Det kan betyde en så omfattende krig, hvor selv ikke de gigantiske Transformers kan redde os. 

Shia LaBeouf spiller atter hovedrollen i Transformers, mens Megan Fox ikke vender tilbage. I stedet overtager fotomodellen Rosie Huntington-Whiteley den kvindelige hovedrolle.