Действие начинается в 1987 году. Автобот по имени Бамблби, спасаясь от преследования на своей планете, прилетает на Землю. Местом посадки он выбирает Калифорнию. Но скрыться не получается — его почти сразу засекают военные, а следом за ними на планету прилетает десептикон по имени Клэмпдаун. Он охотится за Бамблби.
В завязавшейся драке Бамблби сильно страдает. Ему почти разбивают голосовой модуль, из-за чего он теряет дар речи и может общаться только через радио. Его память тоже повреждена. Чтобы спрятаться, перед самым отключением он сканирует первый попавшийся автомобиль — старый жёлтый «Фольксваген Жук», разбитый, но стоящий неподалёку.
Проходит некоторое время. В прибрежном городке живёт девушка Чарли. Ей тяжело — отец умер, семья никак не может прийти в себя. На свой восемнадцатый день рождения она мечтает только об одном: чтобы у неё наконец появилась своя машина. Её мечта сбывается, но не совсем так, как она ожидала. На свалке она находит тот самый ржавый жёлтый «Жук». Мама и отчим разрешают ей забрать его как подарок.
Чарли откатывает находку в гараж и начинает ремонтировать. Вскоре она понимает, что её новый автомобиль — не совсем обычный. Машина странно реагирует, сама заводится, а однажды и вовсе превращается в огромного, но очень напуганного и безмолвного робота. Так Чарли знакомится с Бамблби.
Ей приходится скрывать своего нового друга, который больше похож на потерянного щенка, чем на солдата. Проблема в том, что за Бамблби продолжается охота. Военные, ведомые агентом Бернсом, ищут «враждебного инопланетянина». А на Землю прибывают ещё два десептикона — Шаттер и Дропкик. Они выдают себя за автоботов и вступают в сговор с военными, чтобы найти и уничтожить Бамблби, так как в его повреждённой памяти спрятаны координаты, жизненно важные для автоботов.
Чарли и её соседу Мемо приходится помогать Бамблби, пока он пытается вспомнить, кто он и зачем прилетел. Всё заканчивается большой битвой у маяка, где Бамблби, восстановив часть памяти и способность говорить, сражается с десептиконами. Чарли помогает ему, доказав, что даже человек может быть настоящим другом и союзником. В конце концов Бамблби остаётся на Земле под её защитой, ожидая сигнала от своего лидера, Оптимуса Прайма, а Чарли обретает силу двигаться дальше после потери отца.
