El profesor Challenger reúne en Londres a expertos y aficionados a la paleontología para desvelarles su último descubrimiento: en un lugar remoto de la selva del Amazonas hay un mundo perdido donde sobreviven los dinosaurios. Para demostrar su afirmación, organiza una expedición a Sudamérica a la que acuden un cazador, un colega paleontólogo, un periodista y su hija adoptiva. Su intención es capturar un ejemplar vivo para llevarlo a Londres y exhibirlo ante el mundo.