Shia LaBeouf trong vai Sam Witwicky, cháu của một người thám hiểm Bắc Cực, ông cậu tìm đã vô tình khám phá ra một bí mật lớn, niềm hy vọng của Trái Đất.
Megan Fox trong vai Mikaela Banes, người bạn học của Sam, cô đã cùng Sam vượt qua bao nhiêu nguy hiểm và nhờ từ kỹ năng một thời làm ăn cắp của cô.
Josh Duhamel trong vai Đại úy William Lennox, chỉ huy của một lực lượng quân đặc biệt đóng căn cứ tại SOCCENT thuộc Qatar.
Tyrese Gibson trong vai một sĩ quan cấp cao của Lực lượng Chiến Thuật Công nghệ Không Quân Hoa Kỳ, một binh sĩ của đội Lennox.
John Turturro trong vai Đặc vụ Reggie Simmons, từng là thành viên của Đội Quân khu 7.
Rachael Taylor trong vai Maggie Madsen, một nhà phân tích của Bộ Phòng Ngự thuộc Lầu Năm Góc.
Anthony Anderson trong vai Glen Whitmann, một hacker và là bạn của Maggie.
Kevin Dunn - Ron Witwicky, bố của Sam.
Julie White - Judy Witwicky, mẹ của Sam.
Jon Voight trong vai John Keller, Bộ trưởng Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ.
Michael O'Neill trong vai Tom Banachek, chỉ huy Bộ phận Nghiên cứu Dò Tìm Cấp Cao thuộc Quân khu 7.
Amaury Nolasco trong vai ACWO Jorge "Fig" Figueroa, một binh sĩ quân chủng đặc biệt sống sót sau khi căn cứ bị phá hủy, đồng thời cũng là thành viên nhóm Lennox.
Zack Ward trong vai Thiếu úy Donnelly, thành viên SWAT.
Bernie Mac - Bobby Bolivia, người bán xe.
Phe Autobots
Peter Cullen lồng tiếng cho Optimus Prime (Thủ lĩnh của nhóm, là chiếc xe container Peterbit 379, chỉ có phần trước của xe, không có thùng kéo).
Mark Ryan lồng tiếng cho Bumblebee (là chiếc xe hơi màu vàng của Sam, lần đầu tiên biến thành xe Chevrolet Camaro đời 1976, sau đó biến thành xe Chevrolet Camaro đời 2009).
Robert Foxworth lồng tiếng cho Ratchet (là chiếc xe thùng màu vàng Hummer H2 trong nhóm).
Darius McCrary lồng tiếng cho Jazz (là chiếc xe hơi Pontiac Solstice màu bạc nhỏ nhất trong nhóm).
Jess Harnell lồng tiếng cho Ironhide (là chiếc xe bán tải nhỏ GMC Topick C4500 màu đen trong nhóm).
Phe Decepticons
Hugo Weaving lồng tiếng cho Megatron (Thủ lĩnh của nhóm. là chiếc máy bay phản lực màu bạc có gắn tên lửa, một loại máy bay rất hiện đại của người Cybertron).
Charlie Adler lồng tiếng cho Starscream (là chiếc máy bay phản lực loại thường Lockheed Martin F-22 Raptor trong nhóm).
Jess Harnell lồng tiếng cho Barricade (là chiếc xe cảnh sát Saleen S281 trong nhóm).
Blackout (là chiếc máy bay trực thăng 8 cánh MH-53J Pave Low III trong nhóm).
Jim Wood lồng tiếng cho Bonecrusher (là chiếc xe chống mìn màu vàng Buffalo H trong nhóm).
Reni Wilson lồng tiếng cho Frenzy (là chiếc máy hát trong nhóm,sau đó biến thành điện thoại di động).
Brawl (là chiếc xe tăng bọc thép M1 Abrams trong nhóm Decepticon)
