2008年(17年前)，国际遗传公司（InGen）于大西洋的圣胡伯特岛（Île Saint-Hubert）设有一座恐龙研究实验室。该设施用于进行基因实验，包括培育转基因及变异恐龙。其中一只名为“畸暴龙”（Distortus rex）的造物——一只畸形的六足暴龙——因人为意外逃出收容设施，在杀害一名员工并造成重大破坏后，最终迫使全体人员撤离该岛。圣胡伯特岛从此全面荒废...
至2025年，因2018年至2022年间恐龙在全球范围内的扩散，地球大部分地区的气候已变得不适宜这些“已灭绝”生物的生存。幸存的恐龙仅分布于赤道附近区域，因其气候环境与中生代相似，这些地区亦被划为旅行禁区。
制药公司帕克基因（ParkerGenix）的高管马丁·克雷布斯（Martin Krebs）招募了前军事秘密行动人员佐拉·班尼特（Zora Bennett），与古生物学家亨利·卢米斯博士（Dr. Henry Loomis）合作执行一项秘密任务。该任务旨在获取三种现存最大史前生物的生物材料样本，以研发一种新型心脏病治疗药物。在苏里南，佐拉招募了其旧识邓肯·金凯德（Duncan Kincaid）担任探险队长，团队成员包括船长勒克莱尔（LeClerc）、雇佣兵妮娜（Nina）及安保负责人鲍比·阿特沃特（Bobby Atwater）。
探险队前往圣胡伯特岛，计划分别从水生的沧龙、陆生的泰坦龙和飞行的风神翼龙身上提取样本。与此同时，鲁本·德尔加多（Reuben Delgado）与女儿伊莎贝拉（Isabella）和即将升入大学的特蕾莎（Teresa）正于附近航行，同行的还有特蕾莎的男友萨维尔·多布斯（Xavier Dobbs），鲁本对此人感到厌烦。德尔加多一家的船只被一只沧龙袭击而遭遇船难，他们通过无线电发出求救信号，并被探险队救起。
队伍遭遇沧龙并成功提取样本，但该生物随后带领一群棘龙返回并攻击船只，导致鲍比死亡。特蕾莎试图使用无线电求救，但马丁为保护任务机密而阻止特蕾莎，致其坠海。萨维尔、鲁本和伊莎贝拉相继跳海营救，从而与探险队分离。船只被沧龙推至搁浅，妮娜在岸上被一只棘龙杀害。佐拉告知幸存者，她已安排一架救援直升机在24小时内抵达岛屿上空。
探险队在一片高草田野中发现泰坦龙群，并顺利提取了第二份样本。由于风神翼龙是大型肉食性动物，为规避风险，队伍决定从其巢穴中的一枚蛋获取最后一份样本。佐拉、亨利和勒克莱尔通过绳索下降至悬崖一侧古神庙内的巢穴。一只成年的风神翼龙返回并吞食了勒克莱尔，但佐拉与亨利携样本成功逃脱。
在岛屿另一处，鲁本因萨维尔的救援行为而对其改观。萨维尔遭一只迅猛龙攻击但幸存，该迅猛龙随即被一只名为“突异龙”（Mutadon）的迅猛龙与翼龙混合变异体捕食。德尔加多一家在寻找国际遗传公司研究中心途中，遭遇多种恐龙，伊莎贝拉收养了一只小角龙并为其取名多洛雷斯。他们找到一艘木筏，在经历一次霸王龙的攻击后沿河而下。
在研究中心，两组人员汇合。特蕾莎认出马丁后，马丁持枪胁迫众人，窃取样本后驾驶一辆全地形车（UTV）独自逃往直升机停机坪。此时，一群“突变don”来袭，幸存者们通过地下隧道逃生。
救援直升机抵达，但被畸暴龙摧毁，马丁亦被其吞食。幸存者抵达隧道尽头的一扇锁住的大门，门外停靠着一艘船。身材娇小的伊莎贝拉穿过门隙打开了门锁，众人登船，同时邓肯使用信号弹引开畸暴龙。
最终，佐拉、亨利、鲁本、特蕾莎、萨维尔和伊莎贝拉坐着橡皮艇，成功逃脱。邓肯也摆脱了畸暴龙的追击并与团队会合。持有样本的佐拉与亨利决定将新药物的配方开源，放弃专利，以供全球使用并开放给大众。