映画はアメリカ軍による核実験が行われるシーンで始まる。そして、レーダーに映る正体不明の巨大な物体。実験後、見測所に向かい周囲を点検していた科学者トム・ネズビットは吹雪の中で恐竜を目撃する。実験の影響で１億年前の恐竜リドサウルスが蘇っていたのだ。

当然最初は誰にも信用してもらえず、精神病患者扱いされてしまう。入院中に新聞でグランドバンクス沖でに海竜が現れたというニュースを見たネズビットは、自分が見たものが幻覚ではなかったことを確信する。カナダでも漁船が襲われ、沈められたというニュースが。

沈められた漁船の唯一の生き残りが「恐竜と見た」と証言しており、ネズビットはその生き残りの船員を訪ね、考古学者のユルソン教授と引き合わせる事にする。
そして、用意しておいたたくさんの絵の中から、船員が見たという恐竜を選ばせてみるという実験をする。すると、ネズビットが以前にユルソン教授助手のリー(女性)立ち会いのもとに選んだ絵と一致したのである。別々に選んだ絵が一致した事により、ネズビットとリーは恐竜の存在を確信。

その後、各地で怪獣の目撃例が報告されるようになり、ネズビットの話を真実だと確信したユルソン教授の助けによりついに軍隊と沿岸警備隊による捜索が開始されることになる。

海から上がった怪獣は灯台を破壊し、街を破壊しながらニューヨークへと向かう。怪獣が流した血に含まれる未知の病原体の空気感染により、全市が危機にさらされてしまう。そして、ついにマンハッタンに上陸した怪獣を倒す手段はただ一つ。ライフル銃で放射性アイソトープを体内にたたき込むことだけだった・・・。