新キャラクターとしてディセプティコンの防衛参謀「ショックウェーブ」や、前作で名前のみ登場した「センチネル・プライム」などが登場する。また本作品からはゼネラルモーターズに加えてメルセデス・ベンツ、フェラーリの協力もあり同社の高級車が多数登場する。また前作で登場したオートボットのザ・ツインズ（スキッズ、マッドフラップ）は登場しないと公式で発表された[注釈 10]。

本作品の基本プロットには初代アニメ版第26?第27話「メガトロン地球征服作戦」（英語版第35?第36話「Megatron's Master Plan」）のデストロンの策略でサイバトロンが地球から追放されるというシチュエーションと、第66話?第68話「破滅の日」（英語版第11?第13話「The Ultimate Doom」）の巨大なスペースブリッジによって地球の上空にセイバートロン星が出現するというシチュエーション、アニメ版『マイクロン伝説』の戦局を左右するアイテムを載せた宇宙船が月面へ墜落するというシチュエーションが組み込まれている。

ネスト部隊のスカイダイビングは、J・T・ホームズ率いるプロのスカイダイバーチームが担当。ウィリス・タワーの屋上から実際にダイブし、CGなどの視覚効果は一切使用されていない。
3D

シリーズ初の3D作品であり、『アバター』で使用された3D-フュージョン・カメラ・システムを用いて撮影されている。ベイ監督は元々、本作品を3Dで制作しない方針をとっていたが、本シリーズのファンであると公言しているジェームズ・キャメロンの強い勧めで本作品は3Dフュージョン・カメラ・システムで撮影された[9]。一部のシーンでは、フュージョン・カメラで撮影された映像とロボットの合成が複雑なシーンがあったのと、マイケル・ベイ監督による『アイランド』のチェイスシーンの流用映像があるため[10]、通常の2D映像を3Dに擬似変換しているシーンが含まれる。
ミーガン・フォックスの降板

前作および前々作でメインヒロインのミカエラ・ペインズの役を演じたミーガン・フォックスが、監督のマイケル・ベイや撮影スタッフらとの確執が原因で自ら降板することになった。これは第2作『トランスフォーマー/リベンジ』公開時のインタビューで監督の撮影現場での指揮に対し、「彼は独裁者ヒトラーのように傍若無人に振舞っている」と批判したことが皮切りで起きたことで、撮影スタッフのみならず製作のユダヤ系アメリカ人であるスティーヴン・スピルバーグまでもが激怒する形となり彼らも反撃とばかりに彼女を批判するという事態になった。このことに対し監督は「彼女は未熟なところがあるから仕方ない」と懐疑的な発言で事態を収めようとしていたが、スピルバーグからの直訴をきっかけに自身も彼女に降板を促すようになる。結果としてミーガンは自ら降板する意向を示したことがパラマウント・ピクチャーズにて報じられた[11]。

このミーガン降板の事態に対し、監督ら製作陣は既に完成していたシナリオを急遽大幅に変更、ミカエラに代わるヒロインとして「カーリー・スペンサー」を登場させ、カーリー役のロージー・ハンティントン＝ホワイトリーを新たに起用することで事態を収拾させた。

しかしソフト版のメイキング映像で降板理由が明らかにされ、ミーガンは一度今作でミカエラ役のスクリーンテストをもう一度行ったところ、ミカエラのイメージとかけ離れていたためと、シリーズに新しい風を吹き込むための降板であったと監督・スタッフらが明かしている。
事故
バンブルビーの事故

ワシントンでの撮影中にバンブルビー役のシボレー・カマロが突如現場に現れた地元警察の警察車両に衝突し、フロント部分およびボンネットを酷く損傷、大破するというアクシデントが発生した。また、当時公開撮影を行っていたため、見学に来ていた多くの一般人にその光景を目撃されており、同時に映画情報ニュースサイトや動画配信サイトYouTubeを媒介にネットを通じて全世界に報じられる事態になり、一時期は製作・公開中止の声もささやかれた[12]。
エキストラの事故