1999 kommt es in dem japanischen Atomkraftwerk, bei dem der Amerikaner Joe Brody (Bryan Cranston) beschäftigt ist, zu einer Katastrophe. 15 Jahre später ist die Großstadt rund um das Kraftwerk als atomar verseuchtes Sperrgebiet deklariert. Doch Brody glaubt nicht an die offizielle Begründug für das Unglück (ein Erdbeben). Als Joe seinen beim Militär beschäftigten Sohn Ford (Aaron Taylor-Johnson) mit in die Sperrzone schleppt, erkennt Joe Brody die gleichen Warnzeichen wie vor 15 Jahren, doch wieder ist es zu spät.
Ein Monster, Muto getauft, ernährt sich von Atomkraft , hinterlässt bei seiner Nahrungssuche eine Schneise der Zerstörung. Während das Monster gen Hawaii fliegt, sucht das US-Militär verzweifelt nach einem Weg es zu stoppen. Ichiro Serizawa (Ken Watanabe), der die Urzeitmonster seit Jahrzehnten erforscht, glaubt die einzige Lösung zu kennen: ein sagenumwobenes weiteres Monster und Mutos natürlicher Feind: Godzilla!