En 1944, alors que la guerre du Pacifique fait rage, deux pilotes s'écrasent sur une île inconnue. L'un est Américain, l'autre est Japonais. Alors qu'ils s'affrontent sur place, ils sont brusquement interrompus par une gigantesque créature.
Le physicien nucléaire Joseph Brody enquête sur de mystérieux phénomènes qui ont lieu au Japon, quinze ans après un incident qui a irradié la région de Tokyo et déchiré sa propre famille. Refusant de s’en tenir à la version officielle qui évoque un tremblement de terre, le scientifique revient sur les lieux du drame accompagné par son fils Ford, soldat dans la Navy. Ils découvrent que les incidents ne sont pas liés à une catastrophe naturelle, mais à des monstres réveillés par des essais nucléaires dans le Pacifique au lendemain de la Seconde Guerre mondiale. Ces créatures sont surveillées par une organisation nommée Monarch, mais elles menacent bientôt la sécurité de l'archipel d'Hawaï et la côte ouest des États-Unis. Au même moment, la compagne de Ford, infirmière et jeune maman, gère les blessés dans un hôpital de San Francisco.
À une époque où les monstres parcourent la Terre, et alors que l’humanité lutte pour son avenir, Godzilla et King Kong, les deux forces les plus puissantes de la nature, entrent en collision dans une bataille spectaculaire inédite. Alors que Monarch se lance dans une mission périlleuse en terrain inconnu, et qu’il découvre des indices sur les origines des Titans, un complot humain menace d’éradiquer ces créatures – qu’elles soient bonnes ou mauvaises – de la surface de la planète.
Pour combattre les kaiju, des créatures extraterrestres sorties d'une brèche interdimensionnelle près de la faille géologique au fond de l'océan Pacifique en août 2013, un nouveau genre d’arme a été conçu : des robots géants, appelés les Jaeger (« chasseurs » en allemand), contrôlés en simultané par deux pilotes dont les esprits sont reliés par un pont neuronal.
L'agence crypto-zoologique Monarch déploie de nombreux moyens pour combattre des créatures de tailles divines, appelées Titans. Ces derniers réapparaissent petit à petit des entrailles de la terre. La paléobiologiste Emma Russell, travaillant pour Monarch, a été traumatisée par la mort de son fils Andrew en 2014. Elle a mis au point l'Orca, jadis imaginé avec son ex-mari Mark, une machine qui permet de capter et reproduire les signaux émis par les Titans. Son invention attire des convoitises. Emma entraine avec elle sa fille Madison. Son père, Mark va tout faire pour retrouver sa fille, tout en tentant de survivre dans un monde envahi de monstres. Godzilla va ainsi devoir compter sur une alliée, le papillon géant Mothra pour affronter les 2 menaces que représentent le ptérosaure super-rapide Rodan, ainsi que son pire ennemi, le dragon à trois têtes King Ghidorah, qui est l'Alpha des Titans. Ces anciennes super-espèces veulent toutes la suprématie et mettent en danger la survie de l'humanité. Alors qu'un combat apocalyptique se prépare, Godzilla, seul prétendant au titre capable de rivaliser avec l'Alpha, aidé des humains, devra s'imposer et ainsi affirmer sa place en tant que roi des monstres.
Années 1960. Une série d'essais nucléaires français, aux alentours de l'archipel des Tuamotu, entraine la mutation d'un lézard. Trente ans plus tard, la créature monstrueuse attaque un cargo japonais croisant dans le Pacifique Sud. Le seul rescapé est transporté à Papeete, où il est interrogé par des agents de la DGSE. Il murmure le nom de « Gojira », d'après une ancienne légende japonaise. Au même moment, Nick Tatopoulos, un jeune scientifique américain travaillant pour la Commission de réglementation nucléaire des États-Unis, est prié d'abandonner ses recherches à Tchernobyl pour se rendre avec un groupe de militaires à Panama. Il découvre les gigantesque empreintes du monstre, qui a traversé le golfe et piétiné un village pour se rendre dans l'océan Atlantique.
Pendant le règne de la dynastie Song, de nombreux mystères entourent la Grande Muraille de Chine. Et elle est la seule protection contre une dangereuse menace…
Dix ans après la fermeture de la brèche, le monde se reconstruit et vit désormais en paix sans les Kaijûs. Jake, fils du célèbre Marshall Stacker Pentecost (mort en héros), vit de vols et de troc tout en fuyant le passé familial. Il va faire la connaissance de la jeune Amara Namani, qui a fabriqué son propre Jaeger (les robots géants qui ont permis d'affronter les monstres). Ils sont tous deux arrêtés pour vol de matériel de Jaeger et construction illégale de Jaeger, et afin d'éviter la prison, sont obligés d'accepter d'être embarqués sur une base militaire en Chine où Jake retrouve son ancien copilote de jaeger, Nate Lambert, afin de former les nouvelles recrues pilotes, qu'Amara rejoint. Sur place, tout le monde est en effervescence car les Jaegers sont sur le point d'être rendus obsolètes par le vote d'un programme de drones produits par Shao Corporation et développés par Liwen Shao et le Dr Newton Geiszler. Jake retrouve par ailleurs sa demi-sœur, Mako Mori, devenue Secrétaire Générale du Pan Pacific Defense Corps. Mais alors que le sommet pour le vote est sur le point de commencer à Sydney (QG du PPDC), un Jaeger illégal débarque et attaque la ville, tuant Mako Mori.
New York, 22 mai 2009. Une quarantaine de jeunes gens en fin d'études organisent une fête pour le départ d'un des leurs pour le Japon, Robert « Rob » Hawkins. L'action est au départ centrée sur Jason Hawkins (le frère de Rob), Lily Ford, Hudson Platt (celui qui filme avec un caméscope la soirée), Marlena Diamond et Beth McIntyre, l'ex-petite amie de Rob. Au cours de la soirée, tandis que la fête bat son plein, l'immeuble dans lequel ils se trouvent est fortement ébranlé par une brusque secousse. Intrigués, quelques convives descendent dans la rue pour s'enquérir de ce qui se passe. Un coup sourd se fait alors entendre… et la tête de la statue de la Liberté vient se fracasser violemment au milieu de la rue. En quelques minutes, Manhattan devient le théâtre d'une attaque aussi effroyable que destructrice. Une gigantesque créature digne d'un kaiju envahit la ville, qui sombre dans le chaos.
Une créature géante se manifeste dans la baie de Tokyo, avant de faire surface et de terroriser la ville. Le cabinet ministériel se réunit d'urgence, mais le Premier Ministre est incapable de prendre une décision. Les radiations mesurées sur le passage de la créature démontrent qu'elle est le triste produit d'une contamination. Plus tard, elle évolue et revient sous une forme encore plus monstrueuse, réduisant Tokyo en poussière. Devant l'ampleur de la menace, les États-Unis décident d'utiliser l'arme nucléaire sur le Japon si ce dernier échoue à éradiquer la menace, réveillant le spectre des bombardements d'Hiroshima et de Nagasaki. Une équipe de chercheurs se regroupe alors en marge des décisions du Cabinet pour déterminer comment éliminer le monstre, surnommé "Godzilla". La France et l'Allemagne finiront par s'en mêler à leur tours.
L'armée tente encore et toujours de tuer Godzilla, tandis que le Pr Shinoda suit le monstre à la trace pour tenter de percer le secret de son invulnérabilité. Un étrange météore est retrouvé au fond de l'eau et remonté. Le météore ne tarde pas à dévoiler sa vraie nature : un OVNI dont l'occupant s'intéresse de très près au pouvoir régénérateur de Godzilla ...
Quand Biollante meurt, Mothra emporte son corps dérivant dans l'espace et le laisse tomber sur une autre planète où une cellule alien mange ses restes.
Un météore s'écrase en plein Pacifique. L'impact a mis au jour sur l'île de Infant Island un œuf gigantesque, mais a aussi permis au monstre Battra de se réveiller après des milliers d'années. Des personnes sont envoyées sur Infant Island pour récupérer l’œuf et font connaissance des Shobijins, sortes de petites fées, qui expliquent que l’œuf est celui de Mothra, protecteur de la Terre, tandis que Battra est un équivalent sombre de Mothra, qui possède une rancune envers l'humanité et souhaite la détruire. Mothra devra donc faire face à Battra, mais c'est sans oublier Godzilla, également réveillé par le météore, qui se joindra à la bataille.
47 ans se sont écoulés depuis l'apparition de Godzilla et aujourd'hui, le grand monstre est de plus en plus considéré comme une simple légende. Mais d'étranges disparitions de navires commencent à se produire et bientôt, leur origine ne fait plus de doute : Godzilla est de retour pour réduire le Japon en miettes. Au même moment, Yuri, une jeune journaliste, rencontre un vieux prophète qui lui annonce que le combat ultime pour la survie du pays est sur le point de commencer. Car cette fois, le Japon n'est pas sans défense face au roi des monstres : Baragon, Mothra et King Ghidorah, ses monstres protecteurs, vont sortir de leur sommeil pour tenter de le vaincre. Et personne ne sortira indemne de la « battle royale » qui s'annonce.