故事开始于一个男人在黑暗泥泞的从林里夺路狂奔的场景。一只野兽正在追猎他－－不管那是什么，从速度和声音来判断，肯定是一个庞然大物。奄奄一息的男人被人发现，被并带到了科学家兼探险家George Challenger的营地里。男人最终伤重而死，但他的死并不是徒劳的。在他的日记里，描述了一个史前的文明世界。几个星期后，George Challenger，这个一直颇受争议的科学家回到了伦敦，想劝说"伦敦动物学研究社"其他科学家相信这个史前文明世界的存在。在这里，Challenger和"猎手"Roxton、"记者"Malone、"女富翁"Marguerite以及"无神论科学家"Summerlee组成了探险队，向亚马逊丛林进发。他们的旅程刚一开始，就在这个既美丽、又可能发生任何事情的"迷失世界"里陷入了进退两难的境地，并遭到当地土著人的围攻。

在这个迷失的世界里，有的不仅仅是美景，更多的是深不可测的危险。探险队遇到了美貌绝伦但是充满野性的Veronica，一个在丛林里长大的姑娘，她把探险队救出险境，并带回自己的"家"－－"树屋"。Marguerite看到Veronica的朋友－－土著姑娘Asi－－身上戴着令人惊奇的宝石，心里动了邪念，于是偷偷向土著人酋长（Asi的父亲）允诺，要把Veronica许给酋长为妻。作为交换，Marguerite 将获得大量宝石和离开迷失高原的路径。野蛮而原始的猿人攻击了"树屋"，抓走了Asi，打伤了Veronica。当其他人出去寻找Asi的下落时，Marguerite悄悄进行着她的计划，但Veronica很快识破了她的企图，并顽强反抗。Marguerite发现事情并不像自己想象的那么简单，甚至有些危险。因为不要说离开迷失高原，可能就连活着离开土著村庄都要成问题。

Roxton到丛林里去寻找材料，想制作一把大得足够杀死霸王龙（T-Rex）的弩。一只真正的霸王龙出现了，大家不得不放下手里的活儿，赶紧逃命，霸王龙一路穷追不舍。Roxton为了保护队友和营地，引这个巨大的野兽朝不同方向而去。就在霸王龙块要追上他的时候，他脚底下一松，掉进了一个洞里。其他人赶过来寻找他，也跟着掉进洞里，被洞中的旋涡所吞没。不久，几个人浮出水面，发现自己已经身处迷失高原的另一侧了。他们发现在这里居住着一种起源自恐龙时代的智慧生物－－蜥蜴人，他们的世界就像是罗马帝国的翻版。这些蜥蜴人统治着这个地域，并且以人类为奴隶。众人均被抓获，Roxton还被当成了一个角斗士。为了拯救其他人，他必须和另一个人类奴隶开展死亡决斗。

萨姆瑞无意中被一只巨型蜜蜂蜇伤，因而身中剧毒。为了给萨姆瑞解毒，维罗妮卡带马龙和罗斯顿去寻找多年前幸免于蜂灾的巫医阿达玛。阿达玛告知他们治愈蜂毒的解药是蜂王分泌的蜂王浆，而且从来没有人能从蜂窝生还。维罗妮卡等人决定去蜂窝寻找蜂王浆。他们设法混入蜂窝后，即将拿到蜂王浆时，却遭到伊露拉—阿达玛的女儿的破坏。她多年前被蜜蜂抓走，一直生活在蜂窝之中。维罗妮卡等人劝说伊露拉跟她们回到丛林，可伊露拉已经自认为蜜蜂，不肯出去。最后，罗斯顿只好烧毁蜂窝，伊露拉葬身火海，萨姆瑞终于得以脱险。

在寻找硫磺的过程中，查林杰因擅闯禁地而被曼温族人俘虏。当罗斯顿等人前去救人时才得知曼温族的王后卡珊德拉和查林杰在伦敦就已经熟识。卡珊德拉称她的丈夫阿尔佛雷德伯爵死在灵异山洞，只要能将他的尸骨带回，就放走查林杰。罗斯顿，玛格丽特进入山洞寻找尸骨，却奇怪地产生幻觉，危机关头被萨姆瑞救起。原来这一切只是卡珊德拉的诡计……

查林杰他们来到了一个宗教信仰极其浓厚的部落，这个部落认为所有的异教徒都要接受火的洗礼，以拯救他们的灵魂。萨姆瑞救活了这个部落的一个溺水的小女孩，查林杰试图用科学来说服他们，但却被冠以异教徒的罪名。部落认为获救的小女孩的灵魂已经被上帝召唤，是邪恶的巫术使她重新复活，她的存在是对上帝的亵渎，于是决定用烈火“拯救”小女孩，千钧一发之际罗斯顿他们及时赶到，拯救了小女孩，拯救了整个部落。

罗斯顿与查林杰和玛格丽特外出时被一男子咬伤，入夜时分，罗斯顿突然狂性大发，企图咬死玛格丽特，被查林杰及时阻止后，狂奔而去。不久，罗斯顿在丛林发现一座城堡，城堡里只有一个女吸血鬼，卡丽塔。她鼓励罗斯顿接受已成为吸血鬼的现实。罗斯顿变得十分迷惑。查林杰跟玛格丽特找到罗斯顿之后，不得不将他打昏，冒险以毒草医治罗斯顿，最后罗斯顿终于醒转，而卡丽塔最终也不得不面对灭亡的命运。同时，维罗妮卡与马龙的感情日益发展之时，一个叫尼考的部落男子，提出要购买维罗妮卡，当马龙拒绝时，则演变成两人之间的一场不可避免的决斗。决斗的结果并非如二人所愿，善良的维罗妮卡无奈以自杀相威胁，并要求坚持自己的自由。

罗斯顿、马龙和玛格丽特在山间探路的时候，无意间走进一个山洞，被一群人围了起来。那些人在玛格丽特身上看到一个胎记，于是认为她是他们先知的转世，能替他们找回两块丢失的绿宝石。于是，三人踏上了充满艰险的道路。路上，不断有各种人和野兽与他们遭遇，似乎在引他们朝某个方向走。他们在疑惑当中来到一处山涧，发现绿宝石就在山涧的对面，几乎伸手可及。身后，隐形人化作他们的形象一步步逼近……

一行人出发去找维洛尼卡父母的线索。在躲避恐龙时无意中发现一个美好伊甸乐园。这里果实累累，鸟语花香，这的人也永远不去老去。大家都以为来到了天堂。乐园的主人奇伦对他们的到来盛情款待，但罗斯顿却对这地方起了疑心，最终发现这里其实并不美好，这的一切都是以某些人的生命为代价的。他们决定一起摧毁这可怕虚伪的伊甸乐园……

一行人正在密林中摸索前进，突然听到女人的尖叫声。马龙一马当先冲了过去，却中了暗箭。 一片空地上一个丛林部落正在给一名妇女接生。医士兰托救活了马龙，却因为自己体内积累毒素过多要被部落处死。马龙不忍看到恩人被杀，关键时刻救了兰托，而兰托在逃跑过程中杀死了部落长老尤拉的孙女。长老扣下马龙，要用他来偿还孙女的性命。罗斯顿等人要抓回兰托，换出马龙，可是，他们能战胜对丛林了如指掌的兰托吗？