1958年、28歳のロビン・カヴェンディッシュは、出張先のナイロビでポリオに感染し、首から下が全身マヒとなり、人工呼吸器なしでは息もできくなってしまう。それは、美しい妻ダイアナと結婚してまだ間もないときだった。医師からは余命数ヵ月と宣告され、絶望に打ちひしがれるロビンは、生まれてきた息子ジョナサンを見ることさえ拒んでしまった。それでもダイアナは献身的に夫を支え、彼の望みを叶えるべく、医師の強い反対にもかかわらずロビンを自宅で看病しようと決意する。それはあまりにも危険で無謀なことに思われたが、その決断がやがてロビンの運命を大きく変えていく。

軍の退役後、生物学教授として大学にて教鞭をとるレナのもとに1年前の極秘任務に赴いたまま行方不明だった夫ケインが突然現れる。しかし、ケインは記憶が曖昧で、どうやって家に戻ったのかすら理解できていない。ケインはその後、容態を崩し、病院への搬送中、軍によってレナとともに拘束され研究施設に連れていかれる。施設でレナは心理学者のヴェントレスによってケインが危篤状態であると告げられ、ケインはこの施設の外に広がるシマーと呼ばれるエリアからの唯一の生存者であると説明される。レナはベントレスがシマーを物理学者のジョージー・ラデク、人類学者のキャス・シェパード救急医療隊員のアーニャ・ソレンセンを率いて調査することを知り、この探検隊への参加を自ら志願する。

３年前の惨劇以来、人間が放棄したコスタリカ沖のイスラ・ヌブラル島では、“ジュラシック・ワールド”の恐竜たちが文字通り野生化し、島中に棲息範囲を広げて生き続けていた。しかし島の火山活動が活発化し、大噴火が迫っていることが明らかとなる。パークの元運用管理者クレアは、恐竜たちを絶滅の危機から救うため、恐竜監視員だったオーウェンに協力を要請し、救出隊を組織して島へ向かう。島に到着したオーウェンは、ずっと気に掛けていたヴェロキラプトルのブルーとの再会を果たす。しかしこの救出作戦の背後には、彼らの知らない恐るべき陰謀が隠されていたのだったが…。