Hovedbesetning:
* Shia LaBeouf som Sam Witwicky
* Rosie Huntington-Whiteley som Carly Spencer
* Josh Duhamel som William Lennox
* Tyrese Gibson som Robert Epps
* Patrick Dempsey som Dylan Gould
* John Malkovich som Bruce Brazos
* Frances McDormand som Mdm. Anya Kovacs
Støtte Cast:
* Kevin Dunn som Ron Witwicky
* Julie White som Judy Witwicky
* John Turturro som agent Simmons
* Buzz Aldrin som seg selv
* Leonard Nimoy som Sentinel Prime (stemme)
* Ken Jeong som Jerry Wang
Denne listen inkluderer både hovedskuespillerne og de som spilte viktige biroller i filmen.