《变形金刚3》的主线剧情是擎天柱将率领着“汽车人”继续与第二集失败后卷土重来的“霸天虎”作战。

第三部里，擎天柱将率领着“汽车人”继续与第二集失败后卷土重来的“霸天虎”作战。“汽车人”与“霸天虎”被卷入了美苏之间危险的“太空竞赛”中，地球人山姆又一次要向他的机器人朋友们伸出援助之手。这一集中将会有新的变形金刚登场，包括大反派“震荡波（Shockwave）”。

　　人物介绍：　　回放　　1.汽车人首领：擎天柱　　变形后：红色的卡车头　　特长：领导才能　　语录：自由是所有具有感知生物的权利　　擎天柱不是汽车人唯一一任首领，但他却是名气最大的一个。多年前他被选中成为新的首领。他个性谦逊、充满正义感，是完美英雄的化身。当他带领着部下准备作战时，总会说那句著名的台词“汽车人，变形出发！”　　2.博派汽车人：大黄蜂　　变形后：通用雪佛兰Camaro　　特长：优秀侦察员、机动灵活　　语录：最不起眼的人也可能是最危险的人　　在汽车人大家族里大黄蜂算个头小的，经常被其它同伴当作小弟弟，不过他执行起危险任务可一点不比别人逊色。他和人类男孩萨姆建立了坚固的友谊，在第二集中萨姆要上大学不能带大黄蜂去，大黄蜂还为此哭了并闹了脾气。　　3.博派汽车人：铁皮　　变形后：通用公司GMC越野车　　特长：温度极低的液氮子弹　　温度很高的铅弹　　语录：高科技电路无法取代血性　　铁皮是擎天柱的老友，在汽车人兄弟中要数他参加的战斗最多，他虽然粗野强悍，但本性善良，就像个随时准备掏枪的牛仔。铁皮通常负责保卫工作，也是擎天柱的私人保镖。　　4.博派汽车人：救护车　　变形后：通用悍马H2抢险救急车　　特长：高超的机械修理工程师　　语录：你破坏我修理　　在汽车人中担当了“医生”的角色，虽然“治病救人”是他的工作，但作战起来他也丝毫不逊色，他的勇气和忠诚经得起时间的考验。原来的动画片里力捷是一辆救护车，但在电影版里他变形后是通用……　　5.博派汽车人：天火　　变形后：SR-71黑鸟战略侦察机　　特长：强大的火力和巡航能力、搞科研　　语录：胜利就孕育在对未知神秘事物征服　　的过程中　　变形金刚中的老爷爷了，因此电影中把他设计成长着胡子的机器人。他的能量正在耗尽，每次降落都会发出咯吱声，变形也变得不顺溜，就像患了关节炎。他曾是红蜘蛛的好友。　　6.霸天虎首领：威震天　　变形后：坦克　　特长：火力强大、力量巨大、老谋深算　　以铁腕手段统治霸天虎　　语录：暴政才能带来和平　　狂派霸天虎们的领导，残忍冷酷好战，在上一集结尾他被汽车人打败并被丢进深海，在本集中他将复活，向汽车人展开疯狂的复仇。在动画片里威震天通常变成手枪或大炮。　　7.狂派霸天虎：红蜘蛛　　变形后：F-22猛禽式喷气歼击机　　特长：速度一流、体型庞大、火力威猛　　语录：征服就是把敌人都化成灰烬　　霸天虎的第二号人物，狡猾而无谋略，虽然一直觊觎威震天的领导地位，且毫不掩饰，但一直未能如愿。红蜘蛛比威震天还要残忍好战，是汽车人的强大敌手之一。

《变形金刚3》主要人物是山姆·维特维奇。

大学刚毕业的社会新人，他和新女友住在华盛顿特区。曾经两次拯救过世界，获得了总统办法的特别奖章，但他也必须像普通人一样找工作，过平凡的生活。后来，因为杰瑞·王提供的登月阴谋资料而再度陷入了霸天虎与汽车人之间的战争。