Professor Challenger behauptet auf einer Tagung in London, er habe bei einer missglückten Expedition tief in den Urwäldern des Amazonas auf einem abgeschlossenen Hochplateau noch lebende Dinosaurier entdeckt, kann jedoch keinerlei Beweise vorbringen. Von der Fachwelt belächelt, stellt er eine erneute Expedition zusammen, um die Öffentlichkeit endgültig von der Existenz der Monster zu überzeugen und einen verschollenen Reiseteilnehmer zu retten, dessen Tochter Paula die neue Expedition begleitet. Dazu gesellen sich der Journalist Ed Malone, der sich eifrig in Paula verliebt, der Großwildjäger Lord John Roxton und Challengers skeptischer Kollege Professor Summerlee. Challangers Behauptungen stellen sich als wahr heraus.

Nach lebensgefährlichen Abenteuern, Vulkanausbrüchen, Saurier-Kämpfen und -Stampeden kann die Truppe sich retten und einen abgestürzten Brontosaurus nach London verschiffen - eine fatale Entscheidung.