Transformers: Revenge of the Fallen adalah sekuel yang mengungkap rahasia perang antara Autobot dan Decepticon yang telah berlangsung sejak ribuan tahun lalu. Sam Witwicky, yang masih menyimpan potongan AllSpark di otaknya, menjadi target utama Decepticon. 

Potongan AllSpark ini mengandung pengetahuan kuno yang sangat berbahaya dan bisa menghancurkan dunia jika jatuh ke tangan yang salah.

Megatron, pemimpin Decepticon, berhasil dibangkitkan dan bergabung dengan The Fallen, seorang Decepticon kuno yang sangat kuat. Mereka berusaha merebut potongan AllSpark dari Sam dan mengaktifkan mesin Energon yang dapat menghancurkan matahari. Optimus Prime dan Autobot lainnya berusaha menghentikan rencana jahat mereka.

Dalam pertempuran sengit, Optimus Prime berhasil mengalahkan The Fallen dan menyelamatkan Bumi. Namun, pengorbanan besar harus dilakukan. 

Sam menemukan Matrix of Leadership, sebuah artefak kuno yang dapat menghidupkan kembali Optimus Prime, tetapi Optimus harus menyatu dengan Jetfire, seorang Autobot tua, untuk mendapatkan kekuatan yang cukup untuk mengalahkan The Fallen.