Quatre ans ont passé depuis le désastre du Jurassic Park sur Isla Nublar, qui est une des cinq îles d'un archipel nommé Las Cinco Muertes (« Les Cinq Morts ») à deux cents milles nautiques (environ 370 km) dans le Pacifique au large du Costa Rica. Sur Isla Sorna, l'île voisine où les jeunes dinosaures étaient élevés avant d'être envoyés au Jurassic Park, l'incident d'une famille anglaise en croisière, qui révèle du même coup l'existence des dinosaures au public, est utilisé par Peter Ludlow, neveu de John Hammond, pour démettre son oncle de la présidence d'InGen et renflouer la compagnie par la constitution d'un nouveau parc sur le continent à San Diego, en Californie.
John Hammond, désormais soucieux de la préservation de cet écosystème exceptionnel mais toujours aussi imprudent et exalté, sollicite Ian Malcolm, rescapé de Jurassic Park et renvoyé de l'institut dans lequel il travaillait après avoir transgressé une clause de confidentialité par InGen mais auquel personne ne l'a cru, pour qu'il prenne la tête d'une équipe de quatre scientifiques dont fait partie sa petite amie Sarah Harding, afin de constituer un dossier photo destiné à rallier l'adhésion du grand public pour la protection de l'île et de ses dinosaures.
Or partie trois jours avant tout le monde Sarah est déjà sur place, seule. Ian Malcolm part aussitôt à son secours avec les deux autres scientifiques, Eddie Carr et Nick Van Owen, mais aussi pour tenter d'éviter un nouveau drame qui semble se préparer par une surpopulation de dinosaures sur l'île qui mènerait tôt ou tard à une arrivée de ces monstres sur le continent bien trop proche. Arrivé sur l'île, il découvre avec stupeur que Kelly sa fille de 13 ans ne l'a pas écouté et est aussi du voyage, arrivée clandestinement dans le camion laboratoire.
Dès le lendemain de l'arrivée sur l'île la petite équipe des quatre zoologistes découvre également que Ludlow, en homme d'affaires cupide, a envoyé une seconde expédition composée d'une trentaine de chasseurs, dont Roland Tembo, qui ne souhaite qu'une chose, chasser le plus grand prédateur de l'histoire, un T-Rex mâle, équipés de moyens techniques énormes de capture afin de prélever des spécimens adultes de toutes espèces (y compris parmi les plus redoutables) pour les importer sur un nouveau parc sur le continent près de San Diego, et Ludlow dirige personnellement l'expédition.
Sur place, les deux équipes vont d'abord s'affronter (celle des quatre scientifiques libérant les animaux déjà capturés par les chasseurs) avant de subir de lourdes pertes matérielles et humaines, dont Eddie et la plupart des chasseurs, et de s'unir face au danger majeur permanent que représente la « faune locale » afin d’appeler des secours. Les efforts de Malcolm et de Sarah seront cependant insuffisants pour empêcher Ludlow de faire importer le Tyrannosaurus rex mâle adulte et son petit par cargo à San Diego sur le continent, celui-ci voulant coûte que coûte inaugurer son nouveau parc touristique « le plus spectaculaire au monde ».
Une partie du port et de la banlieue portuaire de la ville seront dévastés par l'animal gigantesque libéré accidentellement de ses entraves sur le cargo dont l'équipage a été massacré avant même d'arriver au port et le monstre va semer la terreur et la mort dans toute la population locale pendant une nuit à la recherche de son petit. Ian Malcolm et Sarah Harding parviendront à ramener le T-rex sur le navire en l'attirant grâce à son petit. Ludlow figurera parmi les victimes du T-rex : en voulant récupérer le petit T-rex, il tombera nez à nez avec son père qui l'empêchera de s'enfuir et encouragera sa progéniture à tuer sa première proie. Ludlow mort, son oncle John Hammond reprenant alors immédiatement le contrôle de la présidence d'InGen fera aussitôt reconduire sur l'île le T-Rex et son petit par le même cargo escorté de toute une armada navale militaire.
Le film se conclut sur une interview télévisée de John Hammond, qui demande instamment que les îles deviennent des réserves naturelles pour les dinosaures et que l'homme ne cherche plus à y intervenir, et que si on fait confiance à la Nature, la vie trouvera son chemin.