1987, California: en su tranquila ciudad natal de Brighton Falls, Charlie Watson (H.Steinfeld) de 17 años escapó de la tierra baldía de su comunidad. Un día, ella descubre un viejo VW Beetle en el depósito de chatarra cercano y comienza a volver a empezar con amor y detalle. Pero, como resulta rápidamente, detrás del maltrecho auto de la época, hay un Autobot alienígena llamado Bumblebee, que muchas décadas antes recibió el encargo de proteger a la humanidad de una invasión de los malvados Decepticons. Pero cuando un agente del Sector 7 llamado Burns (J. Cena) comienza a hacer preguntas en la pequeña aldea que deja pocas dudas sobre su destino, Charlie se da cuenta de que tiene que ayudar a Bumblebee a escapar lo más rápido posible. Pero ya hay un Plymouth GTX en su camino, que ha estado persiguiendo el Transformer amarillo por bastante tiempo y no deja piedra sin remover.
Cuando se ve obligado a refugiarse en un vertedero de una pequeña ciudad costera de California, la joven Charlie (Hailee Steinfeld) descubrirá su presencia. La chica está a punto de cumplir los 18 años, pero se encuentra perdida, pues siente que no ha dado con su lugar en el mundo, por eso se volcará en arreglar al Autobot dañado y roto. Sin embargo, en el momento en que la protagonista lo vuelva a poner a punto, se dará cuenta de que no es lo que pensaba.
