Avant que Ramón Rodríguez soit choisi pour le rôle de Leo, Jonah Hill était en négociations pour ce rôle, mais Seth Rogen lui a conseillé de refuser pour se concentrer sur ses propres projets, et Hill a choisi de faire Night at the Museum: Battle of the Smithsonian à la place.

Les scénaristes Roberto Orci et Alex Kurtzman ont initialement refusé d'écrire la suite en raison de conflits d'emploi du temps, et le studio ne les a convaincus de revenir qu'après avoir été déçus par les propositions d'autres scénaristes.

Pour devancer la grève imminente de la Writers Guild of America, Orci, Kurtzman et le nouveau scénariste Ehren Kruger ont passé deux semaines à écrire un traitement qui a été remis la nuit avant le début de la grève, que Michael Bay a ensuite développé en un scriptment de 60 pages.

Les trois scénaristes ont été payés 8 millions de dollars et ont passé quatre mois à terminer le script en étant effectivement « enfermés » par Bay dans deux chambres d'hôtel, vérifiant le travail de l'autre deux fois par jour.

Le producteur Tom DeSanto avait voulu introduire les Dinobots et Bay voulait un Transformer qui devient un porte-avions, mais les deux idées ont été abandonnées parce que les scénaristes ne pouvaient pas justifier les formes alternatives des Dinobots ni adapter le porte-avions à l'histoire ; Bay a déclaré qu'il détestait en fait les Dinobots.

Michael Bay a mené une campagne délibérée de désinformation pendant la production pour confondre les fans quant aux Transformers qui apparaîtraient, notamment en simulant une fuite de call sheet et en niant la résurrection de Megatron au magazine Empire avant qu'Orci la confirme plus tard.

Le film a été tourné dans de nombreux lieux réels incluant le site Bethlehem Steel tenant lieu de Shanghai, le complexe des pyramides de Giza et Louxor en Égypte (tournés dans le plus grand secret avec environ 150 techniciens américains et des dizaines d'Égyptiens locaux), et Pétra et Wadi Rum en Jordanie, aidés par la Royal Jordanian Air Force puisque le roi Abdallah II est un fan de science-fiction.

Le tournage à Princeton University a irrité certains étudiants de l'University of Pennsylvania qui croyaient que les scènes tournées à Penn avaient été réécrites pour créditer Princeton à la place, puisque ni l'une ni l'autre université n'avait en fait donné la permission d'être nommée dans le film en raison d'une scène de brownie au cannabis.

Le rendu de la séquence de Devastator a consommé plus de 85 % de la capacité de render farm d'Industrial Light & Magic, et la complexité combinée au rendu en résolution IMAX aurait causé l'« explosion » d'un ordinateur.

ILM a utilisé 140 téraoctets de données pour les effets du film, contre seulement 15 téraoctets pour le premier film Transformers, certaines scènes comme Jetfire à l'intérieur du Smithsonian nécessitant 41 sources de lumière distinctes.

Le compositeur Steve Jablonsky et le producteur de score Hans Zimmer ont créé plusieurs interprétations musicales de la chanson 'New Divide' de Linkin Park pour la bande sonore du film, que le groupe a interprétée en direct pour la première fois lors d'un spectacle spécial après la première.

Malgré l'obtention de trois Razzie Awards incluant Pire Film et la réception généralement négative des critiques, le film a engrangé 836,5 millions de dollars dans le monde, surpassant son prédécesseur et devenant le quatrième film ayant enregistré le plus de revenus en 2009.

Les personnages Mudflap et Skids ont suscité des critiques importantes pour être perçus comme des stéréotypes racistes, l'acteur voix Tom Kenny révélant plus tard qu'il avait été embauché uniquement comme doublure pour Skids mais que Bay a finalement utilisé sa voix dans le film final de toute façon.