本作品ではアーサー王伝説や第二次世界大戦をはじめ、トランスフォーマーたちが古くから人類史に関わりを持っていたという設定が明かされる。

そうした設定の一環として、下記のほかにもスタースクリームやアイアンハイドなどを映したプロモーション動画が公開され、劇中でもショックウェーブやメガトロンなどトランスフォーマーの描かれた写真や資料などが登場している。なおこの「トランスフォーマーが映った画像」は、実在する写真や絵画にトランスフォーマーを描き込んだものが多い。現在はTRFによりオートボット、ディセプティコン陣営に関係無く大半が迫害されており、キューバの一部がトランスフォーマーたちの居住地として認められている程度に留まっている。こうした人類側の事情に反して、地球にやってくるトランスフォーマーの数は増える一方となっており、各地での軋轢の原因となっている。
オートボット / Autobots

前作のラストにてリーダーのオプティマスプライムが創造主に会うために宇宙へ旅立って以降、残されたオートボットたちはケイドのスクラップ場で暮らしている。他にもエドモンドの屋敷で暮らしている者、廃墟となったシカゴで暮らしている者やキューバに亡命した者、独自に生計を立てている者なども登場。
オプティマス・プライム / Optimus Prime
声 - ピーター・カレン / 吹き替え - 玄田哲章[6]オートボットのリーダーでトランスフォーマーサイドの主人公。ウェスタンスター・5700XEに酷似したトラクター（設定ではウェスタンスター・4900のカスタムモデル）に変形するが、劇中でビークルモードが登場したのは終盤のみで、これまでの作品で唯一変形を披露していない。前作で創造主へ会うために宇宙へ旅立ち、3年かけ、氷漬けの状態で故郷サイバトロン星へ帰還するも、待ち構えていた創造主クインテッサに捕まって洗脳され、地球を滅ぼす刺客ネメシス・プライムとして人類に牙をむく。洗脳の影響で瞳が青から紫に染まり、顔の左半面が赤くなっている。前作から引き続き使用しているテメノスソード、ベクターシールドの他、新たに右手首の手甲にハンドガン型の銃を、左手首の手甲に小型の刃を収納している。ネメシス・プライムの名称は、ビーストウォーズシリーズで発売されたビッグコンボイの玩具の塗装変更品が初出で、以来コンボイ（あるいはオプティマスプライム）の玩具を黒く変更したものとして幾度か発売されてきたキャラクターに由来する。また悪に堕ちる、あるいは悪に洗脳されて手先にされるという設定もこのネメシスプライムの玩具に基づいている。
バンブルビー / Bumblebee
声 - エリック・アーダール、一部のシーン：J・T・ウォルシュ / 吹き替え - 小原雅人、J・T・ウォルシュの声の部分：長谷川敦央オートボットの斥候にして、オプティマスの片腕。第二次世界大戦時はグレーの1937年式メルセデス・ベンツ・W142に、現在は黄色のシボレー・カマロに変形。オプティマス不在の今はオートボットたちの暫定リーダーを務めているが、他のメンバーからは不満が多い。前作から再びデザインが変わっており、変形ビークルが最新型カマロであることは変わらないものの、ロボットモードのデザインが旧三部作に近いデザインへと戻っている。本作品では接近戦での武器として戦槌セイバートロニアン・ハンマーを使用するほか、ビークルモードの左半分だけを変形させて敵を狙撃したり、身体を関節部分でバラバラに分離合体する能力も新たに獲得している。相変わらず喋ることが出来なかったが、デイトレーダーが売ってきた部品とイザベラの修理でいったん声を取り戻す。しかしその声はSiri（吹き替え - 織部ゆかり）による人工音声で、バンブルビー自身が望んだような声ではなかったために落ち込むというシーンがある。