距今50多年前，一艘来自赛博坦的飞船坠落月球，由此引发了美苏两国的太空竞赛。人类争相登上月球，只为一探飞船残骸中的秘密。时间回到21世纪初，经过几番征战，汽车人终于挫败霸天虎的入侵，继而与人类合作，共同保卫美丽的地球。然而发生在切尔诺贝利的事件却将尘封已久的月球计划重新摆到桌面。为了防止霸天虎找到能量柱为非作歹，擎天柱与战友飞赴月球，更从当年的飞船中救出了汽车人的先代领导者——御天敌。御天敌是能量柱的发明者，将上百根能量柱集合在一起便可制造太空桥，实现物质的瞬间传送。　　忙着找工作以及和女友卡莉（罗茜·汉丁顿-惠特莉Rosie Huntington-Whiteley 饰）经营爱情的山姆（希亚·拉博夫 Shia LaBeouf 饰）无可避免地卷入其中，他渐渐发现霸天虎的操纵一切的阴谋，却不知更大的阴谋和危机隐藏在那月影背后……

　　里昂（让·雷诺饰）是名孤独的职业杀手，受人雇佣。一天，邻居家小姑娘马蒂尔达（纳塔丽·波特曼饰)敲开他的房门，要求在他那里暂避杀身之祸。原来邻居家的主人是警方缉毒组的眼线，只因贪污了一小包毒品而遭恶警（加里·奥德曼饰）杀害全家的惩罚。马蒂尔达得到里昂的留救，幸免于难，并留在里昂那里。里昂教小女孩使枪，她教里昂法文，两人关系日趋亲密，相处融洽。
　　女孩想着去报仇，反倒被抓，里昂及时赶到，将女孩救回。混杂着哀怨情仇的正邪之战渐次升级，更大的冲突在所难免……

检察官哈维·登特（艾伦·艾克哈特 Aaron Eckhart 饰）死后的八年间，哥谭市在戈登警长（加里·奥德曼 Gary Oldman 饰）的努力下有效地遏制了犯罪活动。而蝙蝠侠布鲁斯·韦恩（克里斯蒂安·贝尔 Christian Bale 饰）因为背负谋杀登特的罪名，被 警方通缉，在哥谭市销声匿迹。然而，这看似平静的状态被恐怖分子贝恩（汤姆·哈迪 Tom Hardy 饰）的出现打破，他利用猫女（安妮·海瑟薇 Anne Hathaway 饰）偷取布鲁斯的指纹，致使韦恩集团面临破财，布鲁斯被赶出董事会。为了保证韦恩集团投资的能源项目不被坏人利用制造核弹，布鲁斯帮助米兰达（玛丽昂·歌迪亚 Marion Cotillard 饰）成为董事会主席。贝恩接下来一连串精密设计的计划将哥谭市陷入孤绝之境，毁灭之日指日可待。布鲁斯只能再次肩负起拯救哥谭的重任，然而至亲的管家阿福辞职离开、猫女的背叛、贝恩的凶残手段，爱人米拉达的真实面目露出，都让他拯救哥谭的行动变得不可能……