Sam Witwicky: Um jovem meio nerd que está tentando levantar fundos para comprar seu primeiro carro. Apaixonado por Mikaela, ele tenta impressionar a garota de todo jeito, mesmo ela nem notando sua presença. Acaba jogado no meio da guerra intergaláctica quando descobre que, no meio das quinquilharias de seu avô, está uma das chaves para a resolução do conflito.
	Mikaela Banes: Uma adolescente extremamente linda, ela está mais que acostumada a ser julgada pela sua aparência. Ela entra de pára-quedas na vida de Sam, graças a uma ajudinha de Bumblebee, e acaba se envolvendo na luta para salvar o mundo. Adora carros e sabe muito de mecânica, algo que aprendeu com seu pai, uma característica herdada do jovem Witwick (sem o “y” mesmo) dos quadrinhos e do Spike do desenho original.
	Maggie Madsen: Impetuosa analista de sinais que tenta descobrir a origem do ataque à base americana de todo jeito, mesmo que precise quebrar algumas regras para isso.
	Glen Whitmann: Um dos maiores hackers do mundo, apesar de ainda morar com a mãe. Extremamente curioso, não hesita quando sua amiga Maggie lhe oferece uma olhadinha em informações super-secretas, mas gosta mesmo é de um bom prato de junk food e de um bom videogame na sua frente.
	Capitão Lennox: Soldado que está prestes a voltar para casa, rever a esposa e encontrar sua filha pela primeira vez. Porém, seus planos acabam sendo frustrados quando sua base é atacada pelos Decepticons, Agora, ele precisa lutar para sobreviver.
	Secretário de Defesa John Keller: Oficial político do governo americano que precisa lidar com as conseqüências do ataque à base militar de seu país no Qatar. Pressionado para retaliar contra os suspeitos de sempre, tenta descobrir a verdadeira natureza da ameaça.

	Líder Optimus: O sábio comandante dos Autobots. É um guerreiro experiente e inteligente, dotado de uma consciência bondosa e gentil, sendo extremamente abnegado. Tem um passado com o chefe dos Decepticons, o traiçoeiro Megatron, citado, mas não revelado pelo filme. Ele vê um potencial na raça humana e luta para preservá-la. Transforma-se em um caminhão.
	Bumblebee: O menor dos Autobots, Bumblebee teve sua caixa de voz danificada em uma batalha anterior ao filme, se comunicando através de músicas de rádio. Incumbido da missão de proteger Sam, ele se transforma num Chevrolet Camaro '74 para se infiltrar na loja de carros usados do ganancioso Bobby Bolívia e ser vendido para o jovem. Esperto e brincalhão, ele também tenta ajudar seu protegido a ganhar o coração da bela Mikaela, do jeito que pode.
	Jazz: Primeiro-tenente dos Autobots. Apaixonado pela cultura terrestre, ele aprendeu a linguagem humana navegando pela internet, portanto, seu linguajar é um tanto quanto... coloquial. Isso, somado com sua atitude despojada, o torna o mais descolado dos Transformers. Assume a forma de um Pontiac Solstice.
	Ironhide: Especialista em armas da equipe e é um velho amigo de Optimus. Sempre pronto para uma luta, aparentemente adquiriu uma fascinação pelos filmes de Clint Eastwood. Seu modo veículo é uma pick-up GMC Topkick.
	Ratchet: Oficial médico da trupe de heróis que assume, de maneira apropriada, a aparência de um Hummer H2 adaptado para resgate. Ainda não aprendeu muito bem as regras de etiqueta humana, o que o leva a dar alguns foras, para desespero de Sam.

	Megatron: O mal encarnado. Egocêntrico, ambicioso, traiçoeiro e mortal, foi o responsável pela guerra civil que devastou o planeta Cybertron, e o primeiro Transformer a chegar à Terra em busca do Cubo Energon, fonte da Centelha do Poder, que dá vida aos seres cibernéticos. Planeja usá-la para transformar todo o maquinário terrestre em seu novo exército e começar seu império. Seu modo alternativo é um jato alienígena extremamente ameaçador.
	Starscream: Finge ser o Decepticon mais leal a Megatron, mas não vê a hora de passá-lo para trás e assumir as rédeas do grupo, algo que suas versões animadas e sua encarnação nos quadrinhos tentaram várias vezes. Assume a forma de um jato F-22 Raptor.
	Devastator: Dotado de força bruta descomunal, esse Decepticon não está para papo, e sim para briga. Muito apropriadamente, ele assume a forma de um tanque M1 Abrams modificado.
	Bonecrusher: Desconfiado de nascença, não gosta de se aliar a outros, mas por temer a força de Megatron, se juntou ao seu grupo. Bruto e irascível, é um dos Decepticons mais rápidos em terra, graças as suas rodas que funcionam como patins. Seu modo alternativo é o veículo militar Buffalo H adaptado para proteção anti-minas.
	Blackout: Podendo ter a forma de um helicóptero MH-53 Pave Low, é o primeiro Transformer a dar as caras no filme, atacando uma base militar americana com um poder de fogo incrível e capacidade de produzir surtos de energia.
	Scorponok: Apesar de existir um Decepticon com o mesmo nome na série animada, o visual do perigoso personagem foi claramente baseado no seu homônimo de "Beast Wars", assumindo a forma de um escorpião mecânico.
	Barricade: Decepticon que se infiltrou na polícia americana, assumindo a forma de um Ford Mustang modificado. Na sua lateral, ao invés do "to protect and serve" ("para proteger e servir"), típico dos carros policiais americanos, lê-se "to punish and slave" ("para punir e escravizar"). Ele é um caçador implacável e ainda abriga em seu peito o mini-transformer Frenzy.
	Frenzy: Não o julgue pelo seu tamanho. Apesar de ser o menor dos decepticons, ele é um espião altamente competente, tendo como forma alternativa um CD Player. O personagem, na série original, era da classe guerreira, não um espião, além de ser bem maior (como os CD Players de antigamente).