Le professeur Challenger a un objectif : retrouver la trace d'un monde rempli d'étranges créatures décrit par l'explorateur Maples White. Pour cela, il met en chantier une expédition formée de sa fille Paula, du professeur Summerlee, du journaliste Edward Malone et de Sir John Roxton. Dix jours après leur départ, les aventuriers parviennent en pleine jungle amazonienne et découvrent un spectacle saisissant : devant eux se dresse un paysage entièrement peuplé de dinosaures et autres espèces de l'ère quaternaire. Ils décident alors de capturer l'une de ces extraordinaires créatures et de la ramener à Londres...