Der streitlustige und exzentrische Wissenschaftler Professor George Challenger plant eine gefährliche Expedition nach Afrika, um dort ein sagenumwobenes, geheimes Hochplateau zu finden. In dieser „verlorenen Welt“ soll prähistorisches Leben bis heute überdauert haben. Da ihm jeder Beweis seiner abenteuerlichen Geschichte fehlt, hat Challenger unter seinen Kollegen einiges an Glaubwürdigkeit eingebüßt.
Als er schließlich Teilnehmer und Geldgeber für seine Reise anwerben möchte, wird sein Konkurrent Professor Leo Summerlee zum Leiter der Expedition. Summerlees Bedingung: Challenger darf selbst an der Expedition nicht teilnehmen. Stattdessen begleiten ihn der Journalist Edward Malone und die reiche Fotografin Jenny Nielson. In Afrika angekommen entpuppt sich die Karte zur verlorenen Welt als nutzlos, doch da taucht Challenger auf, der als Einziger den Weg kennt. Gemeinsam erreicht man schließlich das Plateau. Dort stellt sich der Anführer der Träger als Bruder des Mannes heraus, der Challenger bei seiner ersten Expedition töten wollte und diesen Versuch mit dem eigenen Leben bezahlte. Dem Team um Challenger wird der Rückweg versperrt und isoliert von der Außenwelt findet sich die Expedition in einer fremdartigen Welt wieder, in der Dinosaurier das Land bevölkern.
