Un mes después de los destrozos de King Kong en Nueva York, el cineasta Carl Denham permanece escondido de todos los que intentan demandarle por daños y perjuicios. Charlie, el cocinero chino del Venture, convoca a Denham para que se reúna con el capitán Englehorn. Temiendo por su propia responsabilidad en el fiasco de King Kong, Englehorn le propone a Denham que se una a él en el Venture para fraguar una operación de flete internacional que los mantenga en el mar.

El Venture acaba atracando en el puerto holandés de Dakang, donde Denham y Englehorn asisten a un espectáculo en el que actúan monos y la animadora Hilda Petersen.

Esa misma noche, el padre de Hilda, que dirige el espectáculo, se emborracha con el malogrado capitán del barco, Nils Helstrom, que acaba de perder su puesto y su tripulación. Se produce una pelea entre los dos hombres y Helstrom golpea al padre de Hilda, prendiendo fuego a su tienda sin querer. Helstrom huye de la escena. Hilda libera a los monos y saca a su padre de las llamas, pero éste muere en sus brazos.

Hilda se encuentra con Denham y mantienen una conversación sobre el mundo del espectáculo. Hilda acusa a Helstrom de haber asesinado a su padre.

Helstrom reconoce a Denham en el bar del puerto. Denham presenta a Helstrom a Englehorn como el hombre que le vendió el mapa de la isla de Kong. Helstrom le pide a Englehorn que le lleve a un puerto no holandés para poder empezar de nuevo. Cuando Englehorn no pica, Helstrom se inventa una historia sobre un tesoro escondido en la Isla de la Calavera y sugiere que los tres vayan a buscarlo. Denham se muestra entusiasmado, mientras que Englehorn acepta con escepticismo que Helstrom suba a bordo del Venture.

Denham se despide de Hilda. Ella pide navegar con él, pero Denham la desanima.

Una vez en el mar, Englehorn se da cuenta de que Helstrom incita al malestar entre la tripulación al advertirles de los peligros de la Isla de la Calavera. Charlie descubre a Hilda como polizón a bordo del Venture para disgusto inicial de Denham. Hilda y Helstrom tienen un incómodo enfrentamiento por mantener en secreto la muerte de su padre.

El Venture llega a la Isla de la Calavera. Sin embargo, Helstrom consigue orquestar un motín y el miembro de la tripulación Red lidera la toma del barco. Denham, Englehorn e Hilda son desterrados a un bote salvavidas. Charlie se va voluntariamente con ellos. Hilda revela que Helstrom mató a su padre. Helstrom supone que va a tomar el mando del barco, pero la tripulación le obliga a tirarse por la borda y los desterrados se lo llevan a regañadientes.

La tribu nativa de la isla reconoce a Denham y Englehorn cuando su barco llega a tierra. Debido a su anterior encuentro, la tribu amenaza al quinteto, obligándoles a volver al agua.

Denham, Englehorn, Charlie, Hilda y Helstrom reman alrededor de la isla y desembarcan en otra playa. Denham y Hilda exploran y encuentran un simio albino de 3 metros de altura al que Denham apoda "Pequeño Kong", suponiendo que es el hijo de King Kong. Denham y Hilda se hacen amigos de la bestia rescatándola de las arenas movedizas.

Cuando Denham y Hilda se reúnen con los demás, Denham le cuenta a Englehorn lo del simio. Englehorn advierte a Denham que no se lo cuente a Helstrom, ya que es propenso a entrar en pánico. Los cinco náufragos encuentran la entrada de un templo en la Montaña de la Calavera y acuerdan reunirse allí más tarde para buscar el tesoro.

Un Styracosaurus persigue a Englehorn, Helstrom y Charlie hasta una cueva donde se ven obligados a refugiarse.

Little Kong rescata a Denham e Hilda de un oso gigante. Denham y Hilda vendan la herida de Little Kong tras la pelea. Little Kong vigila a la pareja mientras acampan para pasar la noche.

Por la mañana, Little Kong derriba un muro para que Denham pueda entrar en el templo. Denham descubre un verdadero tesoro escondido en el interior y Little Kong lo recupera para él desde las altas plataformas. Un Nothosaurus ataca, pero Little Kong lo mata.

Englehorn, Helstrom y Charlie consiguen finalmente salir de su cueva y se reagrupan con Denham y Hilda. Helstrom se sorprende cuando Denham revela que hay un tesoro real en la isla, admitiendo que mintió al respecto para asegurarse el paso en el Venture.

Al ver a Little Kong por primera vez, Helstrom huye hacia el barco. Un Elasmosaurus sale del agua. Asustado por la visión, Helstrom cae al agua y la bestia lo mata.

Denham regresa al templo para recoger el resto del tesoro mientras un repentino terremoto comienza a diezmar la isla. Englehorn, Hilda y Charlie escapan al bote salvavidas mientras la montaña se desmorona y los aldeanos son arrojados al océano.

Little Kong ayuda a Denham a escapar del templo que se derrumba. Sin embargo, el pie de Little Kong queda atrapado en la cima de la montaña mientras toda la isla se sumerge en el agua. Mientras se hunde, Little Kong sostiene a Denham por encima de la línea de flotación, sacrificándose hasta que el bote salvavidas pueda rescatar a Denham.

Denham, Hilda, Englehorn y Charlie se adentran en el mar, donde finalmente son rescatados por un barco que pasa por allí. Denham se pregunta en voz alta si Little Kong le ha salvado intencionadamente. Mientras discuten cómo repartir el tesoro, Hilda propone que ella y Denham sean pareja. Denham acepta.