En "Transformers 2: La venganza de los Caídos" han pasado dos años desde que Sam Witwicky y los Autobots salvaran a la raza humana de la invasión de los Decepticons. Ahora se prepara para el mayor desafío de su vida: salir de casa y marcharse a la universidad. Pese a su extremado heroísmo, la batalla de Mission City se ha convertido en una leyenda urbana conocida solamente por algunos teóricos de la conspiración. Sam sigue siendo un adolescente normal con las preocupaciones cotidianas y la emoción de hacerse adulto, separándose de sus padres por primera vez y comprometiéndose a serle fiel a su novia Mikaela. Por supuesto, también tiene que intentar explicar su partida a su robot guardián, Bumblebee.

Marcharse de casa es algo que los Autobots entienden muy bien. Con la destrucción de la Allspark, Cybertron, el planeta donde vivían los Transformers, se ha vuelto inhabitable, y los Autobots sobreviven como pueden en la Tierra, trabajando conjuntamente con el ejército como parte de un equipo súper secreto llamado NEST. Actuando mano a mano con sus homólogos humanos, el mayor Lennox y el sargento de la Fuerza Aérea Epps, el equipo NEST pretende atrapar a todo Decepticon que pueda seguir escondido en la Tierra. Por desgracia, aunque los Autobots intentan llevar una nueva vida entre los humanos, descubren que puede que no sean bienvenidos.

Un asesor de seguridad del gobierno, Theodore Galloway, decidido a demostrar que todos los Transformers deberían ser expulsados de la Tierra, se esfuerza por acabar con NEST, en la creencia de que la mera presencia de los Autobots pude poner en peligro a la raza humana. Optimus Prime, el jefe de los Autobots, accede a abandonar nuestro planeta si los gobiernos del mundo así lo desean- pero le advierte a Galloway que tenga en cuenta lo que puede pasar si los Autobots dejan indefensa a la Tierra.

Mientras tanto, en la universidad, Sam se adapta a su prepotente y engreído compañero de habitación, Leo, y a una tentación igualmente agresiva bajo la forma de una nueva compañera, Alice. Sam hace lo que puede por acomodarse a la vida universitaria, hasta que es asaltado de pronto por visiones que chispean como rayos por su cerebro. Los Decepticons se enteran pronto de algo que Sam ignora: que sólo él tiene la clave del resultado de la lucha entre el mal y el poder supremo del bien.