Poco después de comenzar el siglo XXI, durante la construcción del metro de Londres, los trabajadores se adentran en una cueva y un enorme dragón sale de su hibernación, incinerando a los trabajadores con su aliento. El único superviviente es un niño, Quinn Abercromby (Ben Thornton), cuya madre, Karen (Alice Krige) -la ingeniera del proyecto- muere aplastada protegiéndolo. El dragón sale volando del metro y pronto aparecen más dragones. Años más tarde, Quinn (Christian Bale), ya adulto, registra los acontecimientos ocurridos tras el primer avistamiento de dragones. Los científicos descubrieron que los dragones fueron la especie responsable de la extinción de los dinosaurios y de la mayor parte de la vida vegetal del planeta cuando lo arrasaron con el fuego; las cenizas de este suceso provocaron la primera Edad de Hielo antes de que los dragones desaparecieran, presumiblemente en un ciclo de hibernación. Una vez reaparecidos, la población se disparó hasta alcanzar varios millones de personas, lo que llevó a la mayoría de los ejércitos a utilizar armas cada vez más devastadoras, hasta llegar a apuntar a las zonas de mayor población con armas nucleares en 2010; sin embargo, esto no hizo más que acelerar la destrucción y, en 2020, los humanos están casi extinguidos. Los dragones, ahora también hambrientos, se extinguen y son cada vez más agresivos en busca de comida.

Quinn, junto con su mejor amigo Creedy (Gerard Butler), lidera una comunidad de supervivientes en el castillo de Bamburgh, en Northumberland, donde planea sobrevivir a los dragones hasta que vuelvan a hibernar; como seguro, comparte sus notas y planes con Jared (Scott Moutter), un huérfano que rescató de niño y al que está preparando para liderar la comunidad. La comunidad carece de provisiones y se encuentra en estado de agitación a la espera de la cosecha de sus escasos cultivos. Eddie (David Kennedy) y su grupo roban un camión para robar las cosechas antes de tiempo, pero son atacados por un dragón. Un hombre muere y el resto es rodeado por el fuego. Quinn, Creedy y Jared los rescatan con viejos camiones de bomberos, pero el dragón mata al hijo de Eddie antes de escapar y quema la mayoría de las cosechas, dejando a la comunidad sin medios para alimentarse.

Poco después, un grupo de estadounidenses fuertemente armados llega en un convoy blindado con un tanque Chieftain y un helicóptero utilitario AgustaWestland AW109. El líder, Denton Van Zan (Matthew McConaughey), explica que son los Irregulares de Kentucky, que han volado a Manchester desde los Estados Unidos en un C-5 Galaxy reconstruido de la Guardia Nacional con dos motores, algunos de los últimos militares cazadores de dragones que buscan un refugio seguro en su camino a Londres. Inicialmente escéptico y preocupado por que sean merodeadores, Van Zan convence a Quinn compartiendo la principal debilidad de los dragones: la mala visión durante el crepúsculo. Con la ayuda de Quinn, Van Zan y su equipo cazan y matan al dragón que ha destruido las cosechas.

Los supervivientes disfrutan de una celebración en el castillo esa noche, pero Van Zan está amargado por la pérdida de tres de sus hombres. Van Zan presenta a Quinn a Alex Jensen (Izabella Scorupco), piloto de helicóptero y oficial de inteligencia de su equipo, y juntos informan a Quinn sobre su misión. Después de matar a casi 200 dragones, Alex descubrió que todos eran hembras; postula que se reproducen rápidamente porque la especie depende de un solo macho para fertilizar los huevos. Tras rastrear la propagación de los dragones, creen que el macho se encuentra en Londres y que si lo matan, impedirán efectivamente que los dragones se reproduzcan. Aunque Quinn sospecha que el dragón macho es el mismo que había matado a su madre, se niega a ayudar sabiendo que Londres es un bastión de dragones y que si fallan, el dragón los rastreará hasta su refugio.

Van Zan primero recluta y luego "recluta" a los mejores defensores del castillo, incluido Jared, a pesar de las objeciones de Quinn y de un altercado físico. Van Zan y algunos de los hombres del castillo parten entonces, pero fieles a las advertencias de Quinn, su caravana es atacada por el dragón en las ruinas de un pueblo a 66 millas (106 km) de Londres. Todos, excepto Van Zan y Jensen, mueren. El dragón encuentra entonces el castillo y mata a muchos de sus habitantes. Quinn lleva a los supervivientes a un búnker, pero quedan atrapados cuando el dragón regresa; durante su ataque final, Creedy muere.

Van Zan y Jensen regresan y liberan a todos los atrapados en el búnker. Quinn deja a Jared a cargo y decide ayudar a Van Zan y Alex a cazar al dragón macho como su mejor oportunidad de supervivencia. Vuelan a Londres y encuentran cientos de dragones pequeños, uno de los cuales es canibalizado por el macho más grande. Esto dispersa a los dragones más pequeños y deja al macho sin defensa. Sin el apoyo necesario para una batalla mayor, Van Zan coordina un plan simplificado: separarse, poner un cebo al macho para que ataque y luego disparar explosivos a la garganta del dragón. El plan funciona inicialmente, pero el dragón consigue detonar los explosivos antes de tiempo; Van Zan se sacrifica como distracción mientras Quinn y Alex recogen los últimos explosivos. Juntos, atraen al dragón al nivel del suelo, donde Quinn dispara otro explosivo a la boca del dragón, matándolo.

Más tarde, Quinn y Alex levantan una torre de radio en una colina con vistas al Mar del Norte. Hace más de tres meses que no se ha visto ningún dragón. Jared llega para decir que han contactado con un grupo de supervivientes franceses que quieren hablar con su líder. Quinn nombra oficialmente a Jared líder de la comunidad y se dedica a reconstruir la civilización con Alex.