侏罗纪世界失事闭园半年后，一伙雇佣兵来到弃置的纳布拉尔岛上，从潟湖中打捞出死于水下的暴虐霸王龙其中一块骨骼样本以获得其DNA。过程中，队伍受霸王龙以及湖中的沧龙袭击，但还是成功获取样本撤退；而沧龙借由没关的闸异教徒入大海。三年后，岛上休眠火山重新活跃而濒临爆发，使自由生存的恐龙再次面临灭绝危机。美国参议院举行听证会裁决是否要拯救岛上恐龙，而伊恩·马康姆认为要让恐龙伴随着岛屿共同毁灭，由此纠正约翰·哈蒙德复活恐龙的过错，因此表决结果为将不会做出行动。前乐园营运主管克莱尔·戴宁成立“恐龙保护团体”以拯救岛上的恐龙，偶然受到传唤而来到北加州的庄园，会见哈蒙德生前的搭档本杰明·洛克伍德。洛克伍德的助手伊莱·米尔斯提议将所有恐龙移送至一座全新岛屿继续生存，但需要克莱尔一起上岛来帮忙登录所有恐龙体内的追踪系统（英语：GPS wildlife tracking）。
由于岛上仅存的迅猛龙“布鲁”（Blue）最难捕获，克莱尔说服将布鲁养大的欧文·格雷迪一同回到岛上，随行的包括克莱尔的技术员富兰克林·韦伯和古生物兽医琪雅·罗德里格兹。到达岛上后，众人跟着负责救援工作的佣兵肯·威特利到丛林深处寻找布鲁，而欧文找到布鲁并刚要接触时，威特利马上用镇静剂制伏欧文和布鲁，但因布鲁不慎中枪失血，威特利只好扔下欧文并将琪雅一起挟持走以治疗它。这时，岛上火山开始爆发，欧文尽全力站起来后，找到一同被丢下的克莱尔和富兰克林一路逃亡至海边，趁佣兵不注意时开卡车搭上运输船离岛。除了部分有价值的恐龙被捕获运走以外，剩余留在岛上的恐龙集体死在火山灰里。船返回美国大陆途中，欧文、克莱尔和富兰克林找到在帐篷里治疗布鲁的琪雅，欧文和克莱尔被迫冒险抽取出霸王龙的一部分血，为布鲁进行紧急输血才将它救活。
在庄园里，洛克伍德的外孙女梅西偷听到米尔斯跟一位拍卖官冈纳·艾佛索见面，跟着他们溜进庄园地下的实验室，得知两者计划将所有捕获的恐龙全数以高价卖到黑市上。他们也准备介绍一只透过基因工程哺育出的全新肉食恐龙“暴虐迅猛龙”（Indoraptor），其被亨利·吴用迅猛龙及暴虐霸王龙的DNA所设计；而亨利强调要留布鲁活口以强化暴虐迅猛龙。梅西将事情透漏给洛克伍德后，其本想劝说米尔斯去报警自首，却被米尔斯用枕头窒息杀害。梅西随后从外公的日记本中找到一张他跟“车祸逝世”女儿的合照，发现自己其实是洛克伍德女儿的克隆人，此克隆实验也终止他跟哈蒙德的合作关系。
运输船抵达庄园附近的码头后开始将所有恐龙送入实验室，随后一个一个拍卖给来自世界各地的富豪们，琪雅和富兰克林暗中溜走时，欧文和克莱尔不慎被发现而被关起来。然而，欧文通过指引关在旁边的冥河龙打破墙壁后撞开笼子，两人刚好找到梅西，其带他们至拍卖场上方观看首次面世的暴虐迅猛龙。欧文诱使冥河龙跑进拍卖场横冲直撞，大部分富豪都受惊落跑，威特利随后回来拿赏金时，用镇静剂制伏暴虐迅猛龙，本想拔下它的一颗牙留作纪念，却被不怕镇静剂的暴虐迅猛龙当场咬断手后吃掉。暴虐迅猛龙直接逃出笼子，杀死艾佛索、几位富豪以及大量保全，在庄园中追杀欧文、克莱尔和梅西。困在实验室里的琪雅和富兰克林释出布鲁杀死卫兵，得以让它跑上楼一起对抗暴虐迅猛龙，最后使它从天窗掉下去被一块阿古哈角龙头骨上的角刺穿而死。
这时，实验室发生爆炸导致内部的氰化氢气体泄漏，即将毒死所有被关押的恐龙，克莱尔深知一旦释放恐龙至世外将会造成不可挽回的地步而左右为难，但梅西认为这些恐龙和她一样是“生命”而开启闸门，让它们集体冲出庄园迎向自由。贼心不死的米尔斯刚准备带走骨骼样本，就被刚逃出来的霸王龙与一只食肉牛龙撕成两半，骨骼样本也被霸王龙踩碎。欧文等人走出庄园后再次遇见布鲁，而布鲁拒绝跟欧文一起走后，跟其他的同类离开。之后，欧文和克莱尔将梅西收留，除了实验室剩余的胚胎被运走以外，所有幸存的恐龙开始从荒郊野外奔至人类社会。伊恩·马康姆再次回到参议院听证会上，表示这次事件已经开启一个“新纪元”，而人类目前必须想办法跟这些恐龙共存，不然未来将会让恐龙取代他们并再次成为世界主宰。