汽車人/博派（Autobot）陣營
大黃蜂（Bumblebee）：電影系列事實上的主角，最具人氣的變形金剛角色之一，兼具可愛與勇敢的大男孩性格，與人類男孩山姆共命運的伙伴。變形為黃色賽車條紋GMC Chevrolet Camaro跑車。
擎天柱（Optimus Prime）：普萊姆斯一族榮光的后裔，宇宙中自由、正義與勇氣的化身。杰出的汽車人領袖，出色的領導者。紅藍白相間的卡車形象，你是不是會聯想到美國式的藍領英雄？（擎天柱的色調恰為美國國旗色）變形為藍色、白色與火焰紅Peterbilt 389卡車頭。
鐵皮（Ironhide）：爵士陣亡后，鐵皮成為了事實上汽車人的二把手，身經百戰，是擎天柱最忠實的死黨，雖與人類合作但仍看不慣人類官僚的作風，嫉惡如仇。變形為黑色GMC TopKick 6500型皮卡。
救護車（Ratchet）：汽車人軍醫，經驗豐富的老戰士。變形為黃綠色悍馬H2越野車。
橫炮（Sideswipe）：汽車人中的帥哥，俠客氣質，動作飄逸瀟灑，擅長使用冷兵器。變形為銀灰色GMC Corvette Stingray百年紀念版概念跑車。
雙胞胎（The Twins）：剎車（Skids）和擋泥板（Mudflap），汽車人中的小老弟，不折不扣的搞笑角色，喜歡模仿黑人小痞子的說話方式，雖然經常惹出小麻煩，但戰斗起來毫不含糊，據說邁克爾·貝導演也很喜歡這兩個角色。雙胞胎的出現，確實為影片增色不少。雙胞胎變形為冰淇淋車，以及紅色GMC Chevy Trax、綠色Chevy Beat小型概念車款。這兩款節能環保的車型有望通過上海通用在中國上市。
天火（Jetfire）：上古時代便留存在地球上的古敏祥老變形金剛，“尋找者”（Seekers）的一員。變形都不利索的老爺爺，記性也很差，早已對俗世大徹大悟。天火對戰爭及自己的霸天虎之身感到厭倦，加入了汽車人陣營。變形為SR-71 Blackbird黑鳥超音速偵察機。
轉輪（Wheelie）：猥瑣搞笑的一個角色。原本是霸天虎的間諜，被女主角米凱拉降伏之后成為了她的寵物，也算作汽車人陣營的一員。
阿爾茜（Arcee）：汽車人中的姐妹花，以女性形態登場，阿爾茜由三輛摩托組成，分別是紅色摩托阿爾茜、紫色摩托阿爾茜與藍色摩托克勞米婭（Chromia）。
搖擺（Jolt）：汽車人戰士，善使用能量場，可以理解為救護車的副手。變形為藍色Chevrolet Volt環保型概念車。
霸天虎/狂派（Decepticon）陣營
墮落金剛（The Fallen）：普萊姆敗拿喚斯族最初的一員，因背叛了族人而成為墮落金剛，妄圖摧毀太陽系并獨占火種源的能量，強大的威震天也不得不屈從在他的手下。霸天虎事實的幕后主人。
威震天（Megatron）：于深海中被忠心耿耿的部下救活，霸天虎的首領，擎天柱知根知底的老對手，發動了賽博坦內戰并把戰火燒到了地球上。火力兇猛，前肢可以變成巨炮，變形為外星飛船與坦克形態。
紅蜘蛛（Starscream）：威震天的副手，野心勃勃的陰謀家，陰險狡詐，雖然尊威震天為首領，但一直想利用機會取其位而代之。威震天在《變1》毀滅之后篡位為王，但沒能阻止威震天的死忠派們復活威震天，最終再度讓出了霸天虎的王位。變形為F-22 Raptor猛禽隱形戰斗機。
聲波（Soundwave）：威震天的死忠派，霸天虎的情報官與間諜，信息戰專家。在近地軌道運籌帷幄，控制了全世界的通信網絡并找到了威震天遺骸的位置。變形為賽博坦飛船與衛星形態。
機器狗（Ravage）：犬型霸天虎，聲波的直系仆從，霸天虎間諜，成功潛入美軍基地并盜取火種源碎片。
手術刀（Scalpel）：蛛型機器人，由機器狗放出，具有醫療能力，主持了復活威震天手術及刑訊折磨山姆。
愛麗絲（Alice）：霸天虎隱者戰士，化察凱身為人類形態，對男主角實施威逼色誘，形象酷似《終結者》中最強的女終結者T-X。
碾碎器（Grindor）：霸天虎中的大塊頭，與《變1》中殞命的眩暈（Blackout）掃描成同樣的MH-53M Pave Low IV低空鋪路者直升機形態。
破壞者（Demolisher）：大鬧上海灘的巨身型霸天虎，墮落金剛的嫡系。變形為Terex RH400礦用液壓挖土機。
邊路（Sideways）：霸天虎雜兵之一，變形為Audi R8跑車。
撒克巨人（Scorponok）：蝎型霸天虎，《變1》中存留下來的霸天虎余黨。
大力神（Devastator）：挖地虎（Constructicons）中的一部分工程車輛合體而成的巨型組合金剛，行動遲緩但力大無窮，口部可以吸食并碾碎一切眼前的障礙物。
挖地虎（Constructicons）：包括狂暴（Rampage）、拖斗（Long Haul）、攪拌大師（Mixmaster）、鏟土機（Scrapper）等。在深海中復活威震天的一眾威震天死忠部下，在埃及一役中令汽車人與人類聯軍陷入苦戰。令人略顯費解的是，一部分挖地虎成員組合成大力神時，其余成員正在保持其原有狀態下與聯軍交火。與G1概念不同，挖地虎也許是多成員（每樣車型都不止一名）的量產類型，也許是掃描地球形態種類有限。其實，真正的原因可能是制片方節省經費，沒有塑造新的成員形象，沿襲了第一部眩暈形態的碾碎器也是如此。
汽車人/博派（Autobot）陣營
大黃蜂（Bumblebee）：電影系列事實上的主角，最具人氣的變形金剛角色之一，兼具可愛與勇敢的大男孩性格，與人類男孩山姆共命運的伙伴。變形為黃色賽車條紋GMC Chevrolet Camaro跑車。
擎天柱（Optimus Prime）：普萊姆斯一族榮光的后裔，宇宙中自由、正義與勇氣的化身。杰出的汽車人領袖，出色的領導者。紅藍白相間的卡車形象，你是不是會聯想到美國式的藍領英雄？（擎天柱的色調恰為美國國旗色）變形為藍色、白色與火焰紅Peterbilt 389卡車頭。
鐵皮（Ironhide）：爵士陣亡后，鐵皮成為了事實上汽車人的二把手，身經百戰，是擎天柱最忠實的死黨，雖與人類合作但仍看不慣人類官僚的作風，嫉惡如仇。變形為黑色GMC TopKick 6500型皮卡。
救護車（Ratchet）：汽車人軍醫，經驗豐富的老戰士。變形為黃綠色悍馬H2越野車。
橫炮（Sideswipe）：汽車人中的帥哥，俠客氣質，動作飄逸瀟灑，擅長使用冷兵器。變形為銀灰色GMC Corvette Stingray百年紀念版概念跑車。
雙胞胎（The Twins）：剎車（Skids）和擋泥板（Mudflap），汽車人中的小老弟，不折不扣的搞笑角色，喜歡模仿黑人小痞子的說話方式，雖然經常惹出小麻煩，但戰斗起來毫不含糊，據說邁克爾·貝導演也很喜歡這兩個角色。雙胞察凱胎的出現，確實為影片增色不少。雙胞胎變形為冰淇淋車，以及紅色GMC Chevy Trax、綠色Chevy Beat小型概念車款。這兩款節能環保的車型有望通過上海通用在中國上市。
天火（Jetfire）：敏祥上古時代便留存在地球上的古老變形金剛，“尋找者”（Seekers）的一員。變形都不利索的老爺爺，記性也很差，早已對俗世大徹大悟。天火對戰爭及自己的霸天虎之身感到厭倦，加入了汽車人陣營。變形為SR-71 Blackbird黑鳥超音速偵察機。
轉輪（Wheelie）：猥瑣搞笑的一個角色。原本是霸天虎的間諜，被女主角米凱拉降伏之后成為了她的寵物，也算作汽車人陣營的一員。
阿爾茜（Arcee）：汽車人中的姐妹花，以女性形態登場，阿爾茜由三輛摩托組成，分別是紅色摩托阿爾茜、紫色摩托阿爾茜與藍色摩托克勞米婭（Chromia）。
搖擺（Jolt）：汽車人戰士，善使用能量場，可以理解為救護車的副手。變形為藍色Chevrolet Volt環保型概念車。
霸天虎/狂派（Decepticon）陣營
墮落金剛（The Fallen）：普萊姆斯族最初的一員，因背叛了族人而成為墮落金剛，妄圖摧毀太陽系并獨占火種源的能量，強大的威震天也不得不屈從在他的手下。霸天虎事實的幕后主人。
威震天（Megatron）：于深海中被忠心耿耿的部下救活，霸天虎的首領，擎天柱知根知底的老敗拿喚對手，發動了賽博坦內戰并把戰火燒到了地球上。火力兇猛，前肢可以變成巨炮，變形為外星飛船與坦克形態。
紅蜘蛛（Starscream）：威震天的副手，野心勃勃的陰謀家，陰險狡詐，雖然尊威震天為首領，但一直想利用機會取其位而代之。威震天在《變1》毀滅之后篡位為王，但沒能阻止威震天的死忠派們復活威震天，最終再度讓出了霸天虎的王位。變形為F-22 Raptor猛禽隱形戰斗機。
聲波（Soundwave）：威震天的死忠派，霸天虎的情報官與間諜，信息戰專家。在近地軌道運籌帷幄，控制了全世界的通信網絡并找到了威震天遺骸的位置。變形為賽博坦飛船與衛星形態。
機器狗（Ravage）：犬型霸天虎，聲波的直系仆從，霸天虎間諜，成功潛入美軍基地并盜取火種源碎片。
手術刀（Scalpel）：蛛型機器人，由機器狗放出，具有醫療能力，主持了復活威震天手術及刑訊折磨山姆。
愛麗絲（Alice）：霸天虎隱者戰士，化身為人類形態，對男主角實施威逼色誘，形象酷似《終結者》中最強的女終結者T-X。
碾碎器（Grindor）：霸天虎中的大塊頭，與《變1》中殞命的眩暈（Blackout）掃描成同樣的MH-53M Pave Low IV低空鋪路者直升機形態。
破壞者（Demolisher）：大鬧上海灘的巨身型霸天虎，墮落金剛的嫡系。變形為Terex RH400礦用液壓挖土機。
邊路（Sideways）：霸天虎雜兵之一，變形為Audi R8跑車。
撒克巨人（Scorponok）：蝎型霸天虎，《變1》中存留下來的霸天虎余黨。
大力神（Devastator）：挖地虎（Constructicons）中的一部分工程車輛合體而成的巨型組合金剛，行動遲緩但力大無窮，口部可以吸食并碾碎一切眼前的障礙物。
挖地虎（Constructicons）：包括狂暴（Rampage）、拖斗（Long Haul）、攪拌大師（Mixmaster）、鏟土機（Scrapper）等。在深海中復活威震天的一眾威震天死忠部下，在埃及一役中令汽車人與人類聯軍陷入苦戰。令人略顯費解的是，一部分挖地虎成員組合成大力神時，其余成員正在保持其原有狀態下與聯軍交火。與G1概念不同，挖地虎也許是多成員（每樣車型都不止一名）的量產類型，也許是掃描地球形態種類有限。其實，真正的原因可能是制片方節省經費，沒有塑造新的成員形象，沿襲了第一部眩暈形態的碾碎器也是如此。