Le professeur Challenger met tout en oeuvre pour démontrer l'existence d'un monde préhistorique. Pour rassembler les preuves nécessaires, il décide de monter une expédition. L'équipe est composée de Marguerite Crooks, Ned Malone, un journaliste en quête d'un scoop, lord John Roxton, un chasseur professionnel, et le professeur Summerlee, un botaniste de renom. Mais les aventuriers se retrouvent rapidement coincés dans le monde perdu dont ils souhaitaient prouver l'existence. Ils doivent bientôt affronter un redoutable serpent de mer, qui terrorise les habitants d'un village de pêcheurs...