Stanley Tucci
ピーター・カレンは引き続いてオプティマス・プライムの声を務める。タイリース・ギブソンにはロバート・エップス役でのカメオ出演の話が持ちかけられた。全3作でモーシャワー将軍を演じたグレン・モーシャワーは2012年9月に次の2作への出演すると述べたが、2013年5月、スケジュールの都合により新作には出演不可能であることを発表した。2013年4月、ベイはスタンリー・トゥッチがキャストに加わったことを発表した。2013年5月1日、ケルシー・グラマーが人間の悪役でキャスティングされた。5月6日、ソフィア・マイルズがキャスティングされた。さらに同月、中国人女優のリー・ビンビンとコメディアンのT・J・ミラーがキャストに加わった。2013年7月14日、ベイはハン・グンがキャストに加わったことを発表した。同月、タイタス・ウェリヴァーもキャストに加わった。