序幕：被遺棄的基因實驗室
2008 年，大西洋上的聖胡伯特島（Île Saint-Hubert）。InGen 公司在此秘密運營著一座基因實驗室，專門研究轉基因和變異恐龍。一位名叫 Williams 的科學家在進行例行實驗時，一張零食包裝紙意外被吸入收容艙，導致設備故障。一頭被稱為「畸暴龍」（Distortus Rex，簡稱 D-Rex）的六肢變異霸王龍趁機逃脫，將 Williams 吞噬。實驗室隨即被廢棄，所有人員緊急撤離，這座島嶼連同島上的變異恐龍一起被封存在了歷史中。
末日將至的恐龍與救命的基因
時間來到 2025 年。距離《侏羅紀世界：統霸天下》的事件已經過去了五年，地球氣候的變化讓大部分復活恐龍難以生存，它們現在只能在赤道附近的少數區域苟延殘喘，種群正在走向滅絕。
然而，製藥公司 ParkerGenix 發現了一個驚人的事實：某些大型恐龍的生物樣本中蘊含著能夠治癒人類心血管疾病的關鍵基因。如果能獲取這些樣本，將挽救數百萬人的生命。公司高管 Martin Krebs（魯伯特·佛列德 飾）開始組建一支秘密行動小隊。
他找到了前特工 Zora Bennett（史嘉蕾·喬韓森 飾）和古生物學家 Henry Loomis 博士（喬納森·拜利 飾）。Zora 又招募了行動隊長 Duncan Kincaid（馬赫夏拉·阿里 飾）、海事駕駛員 LeClerc、僱傭兵 Nina 和安全專家 Bobby Atwater。任務目標明確：前往聖胡伯特島，從三種大型恐龍身上採集生物樣本——水生的滄龍（Mosasaurus）、陸生的泰坦龍（Titanosaurus）、以及飛行的風神翼龍（Quetzalcoatlus）。
海上遭遇與意外救援
小隊乘船秘密出發前往聖胡伯特島。與此同時，Reuben Delgado（馬奴·賈西亞-魯爾福 飾）正帶著兩個女兒 Teresa 和 Isabella，以及 Teresa 的男友 Xavier 在附近海域航行。一頭滄龍突然襲擊了他們的帆船，一家人陷入絕境。
儘管 Martin 強烈反對偏離任務路線，Zora 的小隊還是決定救援這一家人。在救援過程中，滄龍再次浮出水面，隊伍趁機完成了第一份樣本的採集。但緊接著，一群棘龍（Spinosaurus）加入了攻擊，安全專家 Bobby 在混戰中被棘龍殺死。
Martin 的本性也在此刻暴露——他阻止 Teresa 用無線電求救，甚至在她失足落水時見死不救。Xavier 跳入水中救起了 Teresa，但兩人因此與大部隊走散。
登島：叢林中的採集行動
船隻擱淺在聖胡伯特島上，眾人被迫上岸。一頭棘龍追上來殺死了僱傭兵 Nina。Zora 告訴大家，救援直升機將在 24 小時後到達，在此之前必須保持無線電靜默。
小隊決定利用這段時間完成剩餘兩份樣本的採集。他們在島嶼內陸找到了一個泰坦龍群，成功獲取了第二份樣本。
第三份樣本——風神翼龍——更加棘手。它們在一座古老的洞穴神廟中築巢，隊員們需要攀繩下降到巢穴中取出恐龍蛋。就在 Zora 和 Henry 小心翼翼地操作時，一頭成年風神翼龍突然返回，一口吞掉了駕駛員 LeClerc。但 Zora 和 Henry 還是冒死拿到了樣本。
Delgado 一家的求生之路
與主隊走散的 Delgado 一家並沒有坐以待斃。他們找到了一艘充氣筏，沿著河流前行。一路上遇到了各種恐龍，包括一種被稱為 Mutadon 的猛禽/翼龍混合體——這是 InGen 實驗室遺留的變異品種。小女兒 Isabella 還與一隻小型角龍 Aquilops 建立了感情，給它取名 Dolores。
一頭霸王龍的襲擊差點讓他們全軍覆沒，但一家人憑藉智慧和運氣活了下來，最終沿河漂流到了 InGen 實驗室舊址附近，與 Zora 的小隊重新會合。
背叛與逃亡
兩隊會合後，Teresa 揭穿了 Martin 之前在海上見死不救的行徑。被拆穿的 Martin 撕下偽裝，掏出手槍威脅眾人，搶走裝有全部樣本的箱子，獨自駕駛越野車衝向直升機停機坪。
一群 Mutadon 開始在地下隧道中追擊剩餘的倖存者。救援直升機終於到達，但那頭序幕中逃出的 D-Rex——那頭六條腿的變異暴龍——出現了，它摧毀了直升機，殺死了飛行員。
眾人拼命逃跑，來到一扇上鎖的鐵門前。門的另一邊是一條小船和控制面板——他們的最後生路。一頭 Mutadon 正在身後逼近，而只有小女孩 Isabella 的身材足夠小，能夠擠過鐵欄杆。勇敢的 Isabella 鑽過欄杆，在另一側打開了門鎖，救了所有人。
就在他們衝過鐵門的瞬間，D-Rex 從黑暗中撲來。逃跑中的 Martin 沒能跑過這頭怪物——它一口將他連人帶樣本箱吞下。Zora 在混亂中撿回了掉落的樣本箱。
最後的信號彈
Duncan 之前在戰鬥中與大隊走散，所有人都以為他已經死了。但當倖存者們駕船駛離海岸時，他們看到遠處的海岸線上升起了一顆信號彈——Duncan 奇蹟般地活了下來。
船折返接上了 Duncan，所有幸存者終於踏上了回家的路。Zora、Duncan、Henry、Reuben 一家四口，加上 Xavier——他們付出了沉重的代價，但活下來了，樣本也保住了。
開源的選擇
在回程的船上，Henry 向 Zora 提出了一個建議：與其將這些珍貴的恐龍基因樣本交給 ParkerGenix 獨佔牟利，不如將數據開源，讓全世界的科學家都能使用這些基因來研發治療心血管疾病的藥物。
Zora 思考了片刻，想起了 Martin 的貪婪和這次行動中因為企業利益而犧牲的同伴，做出了決定：將生物樣本數據向全球公開。她選擇了希望，而不是讓另一個貪婪的公司掌控足以改變人類命運的資源。
影片沒有片尾彩蛋，在片尾字幕中只有叢林的自然音效緩緩響起，彷彿在提醒觀眾——那些恐龍仍然在某個地方，安靜地活著。