6500万年前、巨大隕石の落下によって、恐竜世界と人間世界が2つに引き裂かれた。絶滅したと思われていた恐竜は進化し、独自の世界を地下に作り上げていった。 そして現代のニューヨーク・ブルックリン。ある1人の女性が教会の前で何かを置きその場を去って行く。それは1つの大きな卵と小さな石。教会のシスター達はこれらを拾う。シスター達の前で何と卵から人間の赤ん坊が生まれた。更に20年の時が経った。ブルックリンで配管工の仕事を請け負うマリオとルイージの兄弟は、地下の下水路で化石発掘を行う調査チームのリーダーであるデイジーと知り合う。ある日、マリオとルイージはデイジー、マリオの恋人ダニエラと外食を楽しむ。食事後マリオ達と別れたダニエラが突然2人の謎の男に誘拐され、その次にデイジーも誘拐されてしまった。マリオ達は後を追い地下を訪れた。そこではデイジーが謎の入り口に引きずり込まれ、マリオ達もその入り口に飛び込んだ。その先には広大な地下空間に広がる恐竜人の帝国を発見した。デイジーを探してさ迷う2人に、地下帝国の王クッパの手が迫る。