Hovedrollen som Sam Witwicky spilles av Shia LaBeouf. Andre roller spilles av Megan Fox, Josh Duhamel, Tyrese Gibson, Jon Voight (som forsvarsminister) og John Turturro, og stemmen til Peter Cullen som Optimus Prime og Hugo Weaving som Megatron. Cullen hadde stemmen til Prime i hele tegnefilm-serien fra 1980-tallet.