イギリス、暗黒時代。アーサー王と円卓の騎士達は敵軍と戦闘を繰り広げていたが、火球を投石され、戦況が悪化していた。アーサー王の助言者で魔法使いと言われるマーリンはアーサーの窮地を救うため不時着した宇宙船を尋ねる。サイバトロンの騎士はマーリンに、杖を与える。
オートボットの騎士達が集合変形したドラゴンストームが敵を殲滅し、アーサー王は戦いに勝利する。
昔から言われる諺｢犠牲なくして勝利なし｣。
1600年後の現代。オートボットの司令官オプティマス・プライムは、創造主を探すため、宇宙を進んでいた。
(タイトル『TRANSFORMERS THELAST KNIGHT』)
地球ではトランスフォーマーが危険視され、対トランスフォーマー特殊部隊とTRF（Transformers ReactionForce）は、オートボットとディセプティコン相手に戦闘を行っていた。それにもかかわらず、多くのトランスフォーマーが地球にやって来ていた。
３年前のシカゴの戦闘で荒れ果てた立ち入り禁止区域に、少年たちが死んだロボットを見に侵入する。少年たちは、墜落したポッドの中に生きているサイバトロンの騎士を見つける。TRFのメンバーで、全トランスフォーマーの撃退を目的とするサントス（サンティアゴ・カブレーラ）が少年達の侵入を発見し、ロボット兵を向ける。
すると、トランスフォーマー達と暮らすイザベラ（イザベラ・モナー）と言う少女が現れ、子供達を助ける。
しかし、仲間のトランスフォーマーのキャノビーが破壊される。そこにケイド・イエーガー（マーク・ウォルバーグ）が現れ、子供達を救出する。
オートボットのバンブルビーも到着し、サントスの部下たちを蹴散らす。ケイドは少年達を立ち入り禁止区域から出した後、ポッドの中の傷ついたサイバトロンの騎士を助けようとして、金属製のメダルをもらう。この様子はディセプティコンの偵察要員バリケードによって目撃され、メガトロンに報告される。ケイドを捉えるため、サントス達はケイドと再度戦闘を行うが、TRFに所属するウィリアム・レッノックスが戦闘を止める。TRFの隊員は、バンブルビーに発信器を取り付ける。
オプティマスは惑星サイバトロンに到着するが、創造主クインテッサに拘束される。
オックスフォード大学の教授ヴィヴィアン・ウェンブリー（ローラ・ハドック）は、歴史を教えているが、アーサー王の伝説は信じていなかった。
ノースカロライナ州バットランズ。車のスクラップ置き場でケイドは、シカゴで親を亡くし、今回の戦闘で家族であるオートボットの1人を失ったイザベラを受け入れ、オートボット達と過ごしていた。ケイドは、逆探知されないように衛星電話で20秒間だけ、大学に行った娘の声を聴く。
西アフリカのナミビア、中国、ヨルダンなど世界の6か所で、巨大な金属製の角のようなものが大きくなっていた。
惑星サイバトロンが地球に接近しつつあり、あと３日で地球に到達することがわかる。
アメリカ国防総省ドロンゴ将軍は、CIA職員を誘拐したメガトロンと取引をし、ケイドとケイドが匿っているオートボットを捕らえるための手助けをさせるため、TRFによって捕らえられていたディセプティコンのメンバー、モホーク、ドレッドポット、オンスロート、ニトロゼウスなど数名を釈放する。
発信機の反応を追って来たディセプティコンとTRFが、ケイドのスクラップ工場を奇襲する。事前に感知したケイドとオートボットメンバーは逃走し、恐竜型のグリムロックが奇襲に縦になる。
ケイドの前に人間大の執事風トランスフォーマーのコグマンが現れ、トランスフォーマーに関する歴史やメダルの秘密を教えると言われ、バンブルビーとロンドンへ向かう。
ヴィヴィアンの車に変装していたトランスフォーマーのホット・ロッドが彼女を拉致して、古いフォルガン城に連れていく。
ケイドはイギリスのフォルガン城に到着し、イギリス貴族エドマンド・バートン（アンソニー・ホプキンス）とヴィヴィアンに会う。エドマンドは、トランスフォーマーがアーサー王の時代から人類を支え続けていたことを説明する。地球に惑星サイバトロンが迫っており、危機を救うにはマーリンの杖が必要であり、マーリンの直系のヴィヴィアンだけ杖を探し、操ることができると説明する。そして、ケイドの体に付いているメダルは、アーサー王やサイバトロンの騎士のもので、メダルに認められた高潔な者にしか扱えず、マーリンの杖にも関係していると言う。
MI-6とTRFがエドマンドの城に迫り、皆速やかに脱出する。ケイドとヴィヴィアンは、ヴィヴィアンの自宅に行き、彼女の父の書斎にあった絵本の中の手掛かりから、海軍博物館へ行く。エドマンドは、キューバにいる調査機関の元捜査官シモンズと連絡をとり、潜水艦アライアランス号が杖に導く手がかりだと突き止める。またシモンズは、古代パンゲラ大陸では６個の角の位置の中心部にストーンヘンジがあると教える。
ケイドとヴィヴィアンはバンブルビーに乗って海軍博物館へ向かうと、パトカーに変形したバリケードに追われる。バンブルビーが一部変形してバリケードを攻撃して止める。博物館に着き、ヴィヴィアンが潜水艦アライアランス号の操縦桿を握ると、オートボットだったアライアランス号が動き出す。バンブルビーはアライアランス号にしがみつく。海に出たアライアランス号を、サントスなどTRFが乗った英国海軍の原子力潜水艦が追跡する。
エドマンドは秘密の入口から首相官邸に入って新しい英国首相と会い、最大の戦力を要請する。惑星サイバトロンが地球に接近し、国際宇宙ステーションが衝突して破壊される。
アライアランス号は海底の巨大な宇宙船に到着し、中に入る。
追ってきたTRF兵士も中に侵入する。ケイドたちは、宇宙船の中で巨大な騎士の像と、棺の中にマーリンの遺体と杖を見つける。追ってきたTRF兵士たちは、動き出した騎士たちと戦う。ヴィヴィアンが杖を手にすると、杖が反応し、宇宙船は海面に向かって上昇を始める。
バンブルビーとケイドとTRF兵士は、騎士たちと激しく戦う。海面に浮上した宇宙船の甲板で闘っていると、クインテッサに洗脳されたオプティマスが現れ、杖を奪う。ケイドはオプティマスのとどめの一撃を受けそうになる。バンブルビーは自身の声を振り絞ってオプティマスへ呼びかけ、彼の正気を取り戻す。オプティマスをディセプティコンが急襲し、杖を奪ってクインテッサの元へ飛び立つ。
騎士達はオプティマスの裏切りに怒り、彼を処刑しようとするが、ケイドがオプティマスを庇った瞬間にメダルがエクスカリバーに変形する。エクスカリバーを見た騎士達は勇者のケイドに従い、クインテッサ達から杖を取り戻すことにする。
クインテッサとメガトロンは、点火チャンバーで地球の核からエネルギーを吸い出し、惑星サイバトロンの復活に利用とする。エネルギーを吸い出されると、地球上の人類は全滅してしまう。ディセプティコンがストーンヘンジに集まり、装置を起動する。ストーンヘンジに来たエドマンドは、メガトロンを攻撃するが、逆に殺される。
飛行船で来たオートボット達とTRFは、ケイド達と協力して、地球を救うことになる。点火チャンバーを止めるには、惑星サイバトロン星の点火チャンバーにある杖を抜かなくてはならず、杖を抜くことができるのはヴィヴィアンだけだった。
TRFの兵士やケイド、ヴィヴィアンがオスプレイに乗って、惑星サイバトロンに向かう。飛行船に乗ってオートボット達とイザベラもやって来た。激しい戦闘が行われ苦戦を強いられる。イザベラが連れてきたスクィークスが砲台を破壊する。
しかし、あまりの猛攻にTRFの隊は撤退を余儀なくされ、撤退前に浮遊物体をミサイルで攻撃して、杖のある中心部を破壊しようとするが、外部の破壊のみで点火チャンバーを破壊できなかった。
TRFがパラシュートで降下して撤退する中、オートボット達とケイドとヴィヴィアンは残り、崩壊する中心部に留まり、戦闘を繰り広げる。乱戦の中、ヴィヴィアンを狙ったメガトロンをオプティマスが蹴り飛ばし、隙をついてヴィヴィアンは杖を抜くことに成功する。オプティマスはクインテッサを倒そうとするが、逆に洗脳されそうになり、バンブルビーが窮地を救ってクインテッサを撃破する。崩壊する中心部から、ケイドたちは辛くも逃げ出す。
ケイドはイザベラを家族として迎え、ヴィヴィアンとデートの約束をする。オプティマス達オートボットや騎士達は、故郷である惑星サイバトロンへ戻っていく。
砂漠の巨大な角を見つめる女性に男性が話しかけると、女性は「ユニクロンを倒す方法がある」と語る。彼女の顔が透け、クインテッサの顔が見える。
(エンドクレジット)
（写真は「Yahoo！映画」および「英語版公式ホームページ」より転用）