• Shia LaBeouf sebagai Sam Witwicky
• Josh Duhamel sebagai Lt. Colonel Tentera Amerika Syarikat William Lennox
• John Turturro sebagai Seymour Simmons
• Tyrese Gibson sebagai USAF Chief Robert Epps
• Rosie Huntington-Whiteley sebagai Carly Spencer
• Patrick Dempsey sebagai Dylan Gould
• Kevin Dunn sebagai Ron Witwicky
• Julie White sebagai Judy Witwicky
• John Malkovich sebagai Bruce Brazos
• Frances McDormand sebagai Charlotte Mearing
• Lester Speight sebagai Hardcore Eddie
• Alan Tudyk sebagai Dutch
• Ken Jeong sebagai Jerry Wang
• Glenn Morshower sebagai General Morshower
• Buzz Aldrin sebagai Himself
• Bill O'Reilly sebagai Himself

Suara

• Peter Cullen sebagai Optimus Prime
• Leonard Nimoy sebagai Sentinel Prime
• Hugo Weaving sebagai Megatron
• Tom Kenny sebagai Wheelie
• Reno Wilson sebagai Brains
• Charlie Adler sebagai Starscream
• Jess Harnell sebagai Ironhide
• Robert Foxworth sebagai Ratchet
• Frank Welker sebagai Shockwave & Soundwave
• James Remar sebagai Sideswipe
• Francesco Quinn sebagai Dino/Mirage
• George Coe sebagai Que/Wheeljack
• John DiMaggio sebagai Leadfoot
• Ron Bottitta sebagai Amp/Roadbuster
• Keith Szarabajka sebagai Laserbeak
• Greg Berg sebagai Igor