汽车人/博派(Autobot)阵营
大黄蜂(Bumblebee):电影系列事实上的主角,最具人气的变形金刚角色之一,兼具可爱与勇敢的大男孩性格,与人类男孩山姆共命运的伙伴。变形为黄色赛车条纹GMC Chevrolet Camaro跑车。
擎天柱(Optimus Prime):普莱姆斯一族荣光的后裔,宇宙中自由、正义与勇气的化身。杰出的汽车人领袖,出色的领导者。红蓝白相间的卡车形象,你是不是会联想到美国式的蓝领英雄?(擎天柱的色调恰为美国国旗色)变形为蓝色、白色与火焰红Peterbilt 389卡车头。
铁皮(Ironhide):爵士阵亡后,铁皮成为了事实上汽车人的二把手,身经百战,是擎天柱最忠实的死党,虽与人类合作但仍看不惯人类官僚的作风,嫉恶如仇。变形为黑色GMC TopKick 6500型皮卡。
救护车(Ratchet):汽车人军医,经验丰富的老战士。变形为黄绿色悍马H2越野车。
横炮(Sideswipe):汽车人中的帅哥,侠客气质,动作飘逸潇洒,擅长使用冷兵器。变形为银灰色GMC Corvette Stingray百年纪念版概念跑车。
双胞胎(The Twins):刹车(Skids)和挡泥板(Mudflap),汽车人中的小老弟,不折不扣的搞笑角色,喜欢模仿黑人小痞子的说话方式,虽然经常惹出小麻烦,但战斗起来毫不含糊,据说迈克尔·贝导演也很喜欢这两个角色。双胞胎的出现,确实为影片增色不少。双胞胎变形为冰淇淋车,以及红色GMC Chevy Trax、绿色Chevy Beat小型概念车款。这两款节能环保的车型有望通过上海通用在中国上市。
天火(Jetfire):上古时代便留存在地球上的古老变形金刚,“寻找者”(Seekers)的一员。变形都不利索的老爷爷,记性也很差,早已对俗世大彻大悟。天火对战争及自己的霸天虎之身感到厌倦,加入了汽车人阵营。变形为SR-71 Blackbird黑鸟超音速侦察机。
转轮(Wheelie):猥琐搞笑的一个角色。原本是霸天虎的间谍,被女主角米凯拉降伏之后成为了她的宠物,也算作汽车人阵营的一员。
阿尔茜(Arcee):汽车人中的姐妹花,以女性形态登场,阿尔茜由三辆摩托组成,分别是红色摩托阿尔茜、紫色摩托阿尔茜与蓝色摩托克劳米娅(Chromia)。
摇摆(Jolt):汽车人战士,善使用能量场,可以理解为救护车的副手。变形为蓝色Chevrolet Volt环保型概念车。
霸天虎/狂派(Decepticon)阵营
堕落金刚(The Fallen):普莱姆斯族最初的一员,因背叛了族人而成为堕落金刚,妄图摧毁太阳系并独占火种源的能量,强大的威震天也不得不屈从在他的手下。霸天虎事实的幕后主人。
威震天(Megatron):于深海中被忠心耿耿的部下救活,霸天虎的首领,擎天柱知根知底的老对手,发动了赛博坦内战并把战火烧到了地球上。火力凶猛,前肢可以变成巨炮,变形为外星飞船与坦克形态。
红蜘蛛(Starscream):威震天的副手,野心勃勃的阴谋家,阴险狡诈,虽然尊威震天为首领,但一直想利用机会取其位而代之。威震天在《变1》毁灭之后篡位为王,但没能阻止威震天的死忠派们复活威震天,最终再度让出了霸天虎的王位。变形为F-22 Raptor猛禽隐形战斗机。
声波(Soundwave):威震天的死忠派,霸天虎的情报官与间谍,信息战专家。在近地轨道运筹帷幄,控制了全世界的通信网络并找到了威震天遗骸的位置。变形为赛博坦飞船与卫星形态。
机器狗(Ravage):犬型霸天虎,声波的直系仆从,霸天虎间谍,成功潜入美军基地并盗取火种源碎片。
手术刀(Scalpel):蛛型机器人,由机器狗放出,具有医疗能力,主持了复活威震天手术及刑讯折磨山姆。
爱丽丝(Alice):霸天虎隐者战士,化身为人类形态,对男主角实施威逼色诱,形象酷似《终结者》中最强的女终结者T-X。
碾碎器(Grindor):霸天虎中的大块头,与《变1》中殒命的眩晕(Blackout)扫描成同样的MH-53M Pave Low IV低空铺路者直升机形态。
破坏者(Demolisher):大闹上海滩的巨身型霸天虎,堕落金刚的嫡系。变形为Terex RH400矿用液压挖土机。
边路(Sideways):霸天虎杂兵之一,变形为Audi R8跑车。
撒克巨人(Scorponok):蝎型霸天虎,《变1》中存留下来的霸天虎余党。
大力神(Devastator):挖地虎(Constructicons)中的一部分工程车辆合体而成的巨型组合金刚,行动迟缓但力大无穷,口部可以吸食并碾碎一切眼前的障碍物。
挖地虎(Constructicons):包括狂暴(Rampage)、拖斗(Long Haul)、搅拌大师(Mixmaster)、铲土机(Scrapper)等。