《变形金刚2：堕落者的复仇》剧情围绕汽车人与人类联合清缴霸天虎残部展开，核心冲突是霸天虎复活威震天并试图夺取能量源，最终擎天柱复活逆转战局拯救地球。
故事背景第一部大战结束两年后，汽车人与人类组建NEST（非人类外星体应对小队） 联合清缴残存霸天虎；但美国部分政客因忌惮外星力量计划终止合作，且泄露了威震天的海底藏匿位置，导致霸天虎成功打捞并复活威震天，为后续冲突埋下伏笔。
山姆的危机即将进入大学的山姆·维特维奇意外触碰魔方（AllSpark）碎片，脑海中浮现出古老的塞伯坦符号；伪装成校花的霸天虎爱丽丝趁机接近山姆，试图夺取碎片中的信息。霸天虎随后展开追杀，擎天柱为保护山姆在森林之战中，被威震天、红蜘蛛等联手击杀，局势陷入危机。
绝地反击山姆在室友里奥、前特工西蒙斯及女友米卡拉的帮助下，根据脑海中的符号前往埃及寻找能量源（原能矩阵）；同时，军方携带擎天柱的尸体赶到汇合。汽车人与人类联军在埃及与霸天虎展开决战，古老的汽车人天火牺牲自身，将铠甲与能量传给擎天柱，使其复活并获得强大战力。最终，身披天火战甲的擎天柱击败堕落金刚，威震天与红蜘蛛仓皇逃离，地球再次避免了被毁灭的命运。
