Sur Cybertron, la guerre a jadis fait rage entre Decepticons et Autobots. Ces derniers sur le point de perdre détachèrent un vaisseau contenant une cargaison secrète mais l'astronef endommagé s'écrasa sur la Lune en 1961. Américains et Russes détectèrent l'impact et la course à la lune fut ainsi lancée. En 1969, la mission Apollo 11 finit par découvrir hors caméras les restes du vaisseau, ignorant l'Autobot qui y sommeille.
Cinq ans se sont déroulés depuis la violente bataille de Chicago. Les Transformers sont désormais traqués et éliminés sans discernement afin de préserver la paix. Un groupe de scientifiques essaie de construire ses propres Transformers et repousse les limites de la technologie au-delà de ce qu'il peut contrôler. Cade Yeager, bricoleur de génie déniche un jour un vieux camion qui se révèle être Optimus Prime. Dès lors, Cade s'attire les foudres de la CIA qui ne cessera de le traquer, lui et les siens. Megatron est de retour avec un nouveau corps sous le nom de Galvatron. Lockdown, un chasseur de prime sous les ordres des créateurs des Transformers s'apprête à sortir de l'ombre. Les légendaires guerriers Dinobots plus forts que jamais seront le seul espoir à vaincre l'armée de Galvatron. La bataille fera rage, peut être même jusqu'à l'extinction.
Woody, Buzz et les anciens jouets d'Andy sont désormais la propriété de Bonnie, une petite fille qui s'apprête à passer son premier jour en école maternelle. Woody n'est plus parmi les jouets préférés mais continue de s'assurer du bonheur de sa maitresse. Il se glisse ainsi dans le sac à dos de la fillette et la voit, lors de son premier jour, se fabriquer un jouet à partir d'une fourchette en plastique. Le jouet s'anime, prend le nom de Fourchette, mais a pleinement conscience d'être fait à partir de déchets. Woody passe donc le plus clair de son temps à sortir Fourchette des poubelles où il veut se jeter.
Andy entre à l'université à 17 ans, et cela fait des années qu'il n'a pas touché à ses jouets, dont le groupe a été très réduit à cause de dons durant son adolescence. Même les soldats verts, les trois restants, s'enfuient, pensant que leur devoir d'égayer Andy a été accompli. Il les range dans un sachet poubelle sauf Woody qu'il veut emmener à l'université. Il s'apprête à les ranger, mais Molly fait tomber un jouet parmi d'autres destinés à Sunnyside, une garderie. Il l'aide, mais l'échelle du plafond se replie et la mère tombe sur le sachet. Elle l'emmène près des poubelles, et les jouets s'en vont à temps, mais Woody qui les a retrouvés après avoir voulu les sauver les voit entrer dans la voiture de la mère qui veut emmener des jouets à la garderie. Il tente de les convaincre de sortir de là, mais le coffre est refermé. Woody est persuadé que ses amis le supplieront de rentrer une fois entrés. Ils arrivent dans la garderie en question, et la boite est placée dans la salle à jouets. Ils sortent accidentellement du carton, et les jouets déjà là les accueillent chaleureusement. Chacun se présente à tous, et là, un ours en peluche rose appelé Lotso arrive. Il explique que, dans cet endroit, ils ne seront jamais délaissés. Les enfants, lorsqu'ils grandissent, amènent d'autres enfants et ainsi de suite. Puis, il appelle Ken, qui présente la salle. Il fait le tour du coin, et c'est à la fin qu'ils voient leur pièce à eux : la salle des chenilles (la salle de Lotso et des autres étant celle des papillons). Ken et Barbie, un des ex-jouets de Molly, se déclarent leurs sentiments et seule Barbie échappe à la destinée terrifiante qui les attend. En effet, Ken l'emmène avec lui. Lotso et son assistant Big Baby laissent les jouets dans la salle. Woody avoue que c'est un endroit magnifique. Il décide cependant de partir, laissant même Pile-Poil qui voulait l'accompagner. Il sort par la porte, passe par les toilettes et monte sur le toit, avant de trouver un cerf-volant auquel il s'accroche. Il s'envole, mais le vent joue contre lui, l'amenant dans un arbre, où Bonnie, une petite fille, le trouve. Il a perdu son chapeau sur l'herbe en dessous de l'arbre, et c'est sans lui qu'il est emmené.
Sam essaie désormais de vivre une vie normale en compagnie de Mikaela, sa petite amie, dans un environnement sans robots. Mais il a un mauvais pressentiment. Les Autobots vont une nouvelle fois devoir s'allier avec l'armée américaine pour lutter contre les Decepticons, et un terrible Transformer d'une puissance infinie : « Le Fallen ».
2007. De mystérieux robots extra-terrestre, en provenance de la planète Cybertron, capables de se transformer en véhicules et objets de manufacture humaine, attaquent les systèmes de défense de l'armée américaine. Les services secrets et le gouvernement fédéral des États-Unis comprennent alors que les agresseurs recherchent des informations sur un incident survenu dans l'océan Arctique en 1895. L'arrière-arrière-petit-fils de l'explorateur Archibald Witwicky qui menait cette mission, Sam, se retrouve malgré lui pris à partie, après avoir découvert que sa nouvelle voiture est le robot Bumblebee chargé de le surveiller. Avec son aide et celle des autres Autobots dirigés par Optimus Prime, il doit empêcher les redoutables Decepticons dirigés par Mégatron de s'emparer du Allspark, un artefact en forme de cube contenant une quantité immense d'énergie, qui leur permettra de dominer la planète.
Les humains sont en guerre contre les Transformers. Optimus a disparu. Cade Yeager, Bumblebee, un Lord et une aristocrate professeur d'Oxford faisant partie des Witwiccans s'allient pour contrer la menace qui arrive. Optimus est de retour changé en Némésis Prime par Quintessa, la créatrice des Transformers qui cherche à s'emparer du bâton de Merlin pour tuer la Terre, Unicron. Car la survie de l'humanité réside dans l'histoire cachée des Transformers sur Terre remontant à la légende arthurienne.
En 1985, John Bennet est un garçon solitaire de huit ans. Le soir de Noël, il fait le vœu que son ours en peluche qu'il vient de recevoir à Noël prenne vie et qu'il soit son meilleur ami pour la vie ; son vœu sera exaucé par magie, l'ours Ted (traduction de « Teddy bear ») prend vie et cette histoire devient célèbre. 27 ans plus tard, en 2012, Ted et John vivent toujours ensemble, mais la présence de l'ours empiète sur la vie de couple de John, depuis quatre ans avec Lori. En effet, John et son ours se comportent comme de grands enfants, passant leur temps à boire des bières et fumer de la drogue devant des navets, leur préféré étant Flash Gordon. Aussi, Lori va forcer la main de son petit ami et le pousser à s'éloigner de son meilleur ami d'enfance afin de le faire grandir et le rendre plus mûr.
À Gotham City, une cérémonie est organisée en l'honneur de Bruce Wayne qui remporte le prix de l'homme de l'année. La fête tourne au chaos lorsque le Joker fait une entrée fracassante sur la scène accompagné de sa horde de psychopathes dont le Sphinx, le Pingouin, Double-Face et Catwoman. De ce fait, Batman passe à l'action pour tenter de coincer ses invités surprise mais l'un d'eux parvient à s'échapper.
Momentanément mis au placard, Woody le cow-boy est kidnappé par un collectionneur avide de la série Western Woody, dont il fait figure de héros en compagnie de Jessie l'écuyère, du cheval Pile-Poil et du chercheur d'or Papi Pépite. Woody se rend compte de sa popularité et se voit proposer une place dans un musée, évitant ainsi le risque d'être un jour délaissé par Andy. Ses amis, eux, traversent toute la ville pour le ramener chez leur propriétaire.
Emmet, une personne ordinaire vivant à Bricksburg, est pris par erreur pour le « Spécial » (ou l'« Élu »), c'est-à-dire celui qui peut sauver l'univers face à Lord Business, un tyran maléfique qui se cache sous l'identité du Président Business et qui veut détruire l'univers Lego avec le « Kragle », une machine permettant de coller toutes les figurines Lego. Malgré lui, Emmet va devoir se battre contre cette menace, avec l'aide d'un vieux mystique, Vitruvius, d'une jeune femme robuste, Cool Tag (Wyldstyle en version originale, Rebelle en version québécoise), et du fiancé de cette dernière, Batman.
En 1987, dans une ville balnéaire californienne. Alors que la guerre a pris une tournure critique sur la planète Cybertron, l'Autobot B-127 est envoyé sur Terre par son chef Optimus Prime afin de préparer un refuge et de protéger les humains d'une éventuelle attaque de leurs ennemis, les Decepticons. Fortement endommagé et son synthétiseur vocal détruit au cours d'un combat contre Blitzwing, B-127 échappe à une troupe militaire et échoue sur une plage, où il se transforme en Volkswagen Coccinelle jaune, avant de se désactiver.
Dans la chambre d'Andy, ses jouets se mettent à vivre leur propre vie dès qu'il sort de la pièce. Le jour de son anniversaire, quelques jours avant le déménagement de sa famille, c'est la panique puisque chacun craint d'être remplacé par un jouet neuf. Woody le cow-boy est le jouet préféré du jeune garçon et n'appréhende donc pas tellement cette fête. Mais Andy reçoit une figurine articulée d'astronaute, Buzz l'Éclair. Très vite, il s'avère que Woody a « perdu sa place » de jouet préféré, au profit de Buzz. Il essaie toutefois d'accueillir Buzz dans le groupe des jouets d'Andy, mais l'astronaute ne sait pas qu'il est un jouet. Il pense aussi qu'il peut voler, ce que Woody conteste. Après une « démonstration » devant les jouets, ceux-ci l'applaudissent, à l'exception de Woody, qui « n'appelle pas ça voler » mais plutôt « tomber avec panache ».
Les États-Unis sont gouvernés par Zartan sous les traits du président. Celui-ci organise un piège qui a pour but de mêler les Joes à un complot qui a abouti à l'assassinat du chef d'État pakistanais et la plongée du pays dans le chaos avec son arsenal nucléaire. Prenant cette attaque pour prétexte, Zartan donne l'ordre de tuer l'unité d'élite G.I. Joe. Duke trouve la mort dans cette attaque en tentant de protéger son ami Flint qui survit avec Marvin et Jay, deux autres membres de l'équipe et également amis de Duke. Lors d'un reportage, Zartan annonce avoir lui-même ordonné la mort des Joes et que le tueur du président Pakistanais n'est autre que Snake Eyes. Pendant ce temps le reste de l'unité qui a survécu devine que le seul homme assez puissant pour pouvoir commander une attaque comme celle qu'ils ont subie ne peut être que le président. Zartan a gardé le vrai président vivant et il décide de le forcer à révéler où se trouve Rex alias « Cobra Commander » ainsi que McCullen alias « Destro ». Pendant ce temps, le gouvernement capture Snake Eyes mais celui-ci s'avère être l'agent de Cobra, Stormshadow, venu pour faire sortir Cobra Commander ce qu'il parvient à faire. Ce qui reste des G.I. Joes devront tout risquer pour arrêter la révolution de Cobra, ils feront appel à l'homme qui a donné son nom à leur unité: le Général Joe Colton.
Les Trolls sont des petites créatures qui adorent chanter, danser et se faire des câlins. Malheureusement, il existe d'autres créatures, les Bergens, qui ne connaissent pas le bonheur. Le seul jour où les Bergens sont heureux est le Trollstice : une journée où les Bergens atteignent le bonheur en mangeant des Trolls. Heureusement, le roi Peppy réussit à sauver son peuple et le cacher durant près de vingt ans. Cependant, une fête retentissante mène un Bergen en exil, la ministre du bonheur, cuisinière en chef, à la cachette des Trolls. Les meilleurs amis de la princesse Poppy sont alors capturés. Armée de sa joie de vivre et de son énergie débordante, elle va devoir compter sur Branche, un Troll grognon sans couleurs, afin de retrouver ses amis dans le territoire de leurs pires ennemis.