ワシントンでの撮影中にバンブルビー役のシボレー・カマロが突如現場に現れた地元警察の警察車両に衝突し、フロント部分及びボンネットを酷く損傷、大破するというアクシデントが発生した。また、当時公開撮影を行っていた為、見学に来ていた多くの一般人がその光景を目撃されており、同時に映画情報ニュースサイトや動画配信サイトYouTubeを媒介にネットを通じて全世界に報じられる事態になり、一時期は製作・放映中止の声もささやかれた。
前作および前々作でメインヒロインのミカエラ・ペインズの役を演じたミーガン・フォックスが、監督のマイケル・ベイや撮影スタッフらとの確執が原因で自ら降板することになった。これは第2作『トランスフォーマー/リベンジ』公開時のインタビューで監督の撮影現場での指揮に対し、「彼は独裁者ヒトラーのように傍若無人に振舞っている」と批判した事が皮切りで起きた事で、撮影スタッフのみならず製作のユダヤ系アメリカ人であるスティーヴン・スピルバーグまでもが激怒する形となり彼らも反撃とばかりに彼女を批判するという事態になった。この事に対し監督は「彼女は未熟なところがあるから仕方ない」と懐疑的な発言で事態を収めようとしていたが、スピルバーグからの直訴をきっかけに自身も彼女に降板を促すようになる。結果としてミーガンは自ら降板する意向を示した事がパラマウント・ピクチャーズにて報じられた。このミーガン降板の事態に対し、監督ら製作陣は既に完成していたシナリオを急遽大幅に変更、ミカエラに代わるヒロインとして「カーリー・スペンサー」を登場させ、カーリー役のロージー・ハンティントン＝ホワイトリーを新たに起用することで事態を収拾させた。しかしソフト版のメイキング映像で降板理由が明らかにされ、ミーガンは一度今作でミカエラ役のスクリーンテストをもう一度行ったところ、ミカエラのイメージとかけ離れていたためと、シリーズに新しい風を吹き込むための降板であったと監督・スタッフらが明かしている。
シリーズ初の3D作品であり、『アバター』で使用された3D-フュージョン・カメラ・システムを用いて撮影されている。ベイ監督は元々、本作を3Dで制作しない方針をとっていたが、本シリーズのファンであると公言しているジェームズ・キャメロンの強い勧めで本作は3Dフュージョン・カメラ・システムで撮影された。一部のシーンでは、フュージョン・カメラで撮影された映像とロボットの合成が複雑なシーンがあったのと、マイケル・ベイ監督による『アイランド』のチェイスシーンの流用映像があるため、通常の2D映像を3Dに擬似変換しているシーンが含まれる。
メインスタッフからは『アイランド』以来マイケル・ベイ監督作品で脚本を勤めていたアレックス・カーツマン&ロベルト・オーチーのコンビが降板し、前作で加わったアーレン・クルーガーが一人で脚本を担当することになった。2作目で若干過剰気味であった下ネタ要素は今回では控えめになり、また前2作では殆ど見られなかったディセプティコンによる民間人に対する殺戮シーンが直接的に描かれ、シリーズ中、最もシリアスなエピソードが描かれる。新キャラクターとしてディセプティコンの防衛参謀「ショックウェーブ」や、前作で名前のみ登場した「センチネル・プライム」などが登場する。また本作からはゼネラルモーターズに加えてメルセデス・ベンツ、フェラーリの協力もあり同社の高級車が多数登場する。また前作で登場したオートボットのザ・ツインズ（スキッズ、マッドフラップ）は登場しないと公式で発表された。本作の基本プロットには初代アニメ版第26〜27話「メガトロン地球征服作戦」（英語版第35〜36話「Megatron's Master Plan」）のデストロンの策略でサイバトロンが地球から追放されるというシチュエーションと、第66話〜68話「破滅の日」（英語版第11〜13話「The Ultimate Doom」）の巨大なスペースブリッジによって地球の上空にセイバートロン星が出現するというシチュエーション、アニメ版『マイクロン伝説』の戦局を左右するアイテムを載せた宇宙船が月面へ墜落するというシチュエーションが組み込まれている。ネスト部隊のスカイダイビングは、J・T・ホームズ率いるプロのスカイダイバーチームが担当。ウィリス・タワーの屋上から実際にダイブし、CGなどの視覚効果は一切使用されていない。
今作においてトランスフォーマー達はロボットモードに変形しなくてもビークルモードから直接武器を展開する「ビークルバトルモード（ステルスフォースモード）」と呼ばれる形態を披露している。日本語吹き替え版において前作や前々作のようにトランスフォーマー達の声のエフェクトが本作からは極力少なめになっている。
カトリックだった異母姉メアリー女王のあとに、プロテスタントのイングランド女王として即位したエリザベス。だが、腹心ウォルシンガムの弟や、寵愛する侍女ベス・スロックモートンの従兄弟もカトリックであるなど、カトリック教徒も多い国内はプロテスタントの女王に対する不満もあり、不安定だった。国外のカトリック列強国やバチカンも、エリザベスを私生児と見做して王として認めようとせず、絶えず圧力をかけてきた。特にカトリック大国スペインの国王フェリペ2世はイングランド制圧そのものを狙っていた。さらにイングランド王家の血を引くスコットランド女王メアリー・スチュアートはカトリックということもあって、イングランドの王位を巡ってエリザベスの周りには様々な思惑が渦巻いていた。独身の女王は、外交的な理由から縁談をこなさなければならない。今回の相手、神聖ローマ皇帝マクシミリアン2世の弟：カールの心にもないお世辞や下手な英語にうんざりする。そんな権謀の只中にあるエリザベスの前に、新大陸や世界の海を旅してきたウォルター・ローリーという男が現れる。ローリー卿は、女王にちなんで新大陸の植民地に「ヴァージニア」と名付け、ジャガイモやタバコ、原住民を女王に披露する。エリザベスは彼の豪快で自由な生活と魂に惹かれていく。女王は、王位への陰謀が露見したメアリー・スチュアートの処遇に苦悩するが、結局処刑する。苦悩の中でローリー卿に愛情を寄せていくが、当のローリー卿は女王お気に入りの女官ベスと恋仲になり、ベスは彼の子を宿す。そのことを知った女王は激高し、ベスとローリー卿を遠ざける。そして遂にきたスペインとの形勢不利な戦い（アルマダの海戦）に、孤独なまま果敢に身を投じ、勝利する。女王は二人の下を訪ねると生まれた子を抱きあげて微笑み、孤高の女王としての意識を強く持つのであった。