Em 1987, Bumblebee, um Autobot, encontra refúgio na pequena cidade californiana de Brighton Falls. Charlie Watson (Hailee Steinfeld), uma adolescente à beira dos 18 anos, encontra um Volkswagen Fusca. Após consertá-lo, Fusca transforma-se, e revela ser Bumblebee.

Ambos desenvolvem uma grande amizade enquanto são caçados por uma agência governamental: O Setor 7, liderado pelo Agente Burns (John Cena).

Logo após fugirem da aldeia, eles descobrem que Bumblebee não é o único Transformer na Terra.