Hauptdarsteller:
* Shia LaBeouf als Sam Witwicky
* Rosie Huntington-Whiteley als Carly Spencer
* Josh Duhamel als William Lennox
* Tyrese Gibson als Robert Epps
* Patrick Dempsey als Dylan Gould
* John Malkovich als Bruce Brazos
* Frances McDormand als Mdm. Anya Kovacs
Nebendarsteller:
* Kevin Dunn als Ron Witwicky
* Julie White als Judy Witwicky
* John Turturro als Agent Simmons
* Buzz Aldrin als er selbst
* Leonard Nimoy als Sentinel Prime (Stimme)
* Ken Jeong als Jerry Wang
Diese Liste umfasst sowohl die Hauptdarsteller als auch diejenigen, die im Film wichtige Nebenrollen spielten.