Poco después de los acontecimientos de Jurassic World en 2015, un pequeño equipo de mercenarios llega a la abandonada Isla Nublar para recoger ADN de los restos del Indominus rex que yacen en el fondo de la laguna del parque. Tras recoger una muestra ósea, los supervivientes del equipo escapan de la isla tras los ataques del Mosasaurus y el Tyrannosaurus rex, pero accidentalmente liberan al primero en el océano.

Tres años más tarde, una audiencia del Senado estadounidense en Washington, D.C., debate si los dinosaurios de la Isla Nublar deben ser salvados de una inminente erupción volcánica. El matemático Dr. Ian Malcolm testifica que los dinosaurios deben perecer de forma natural para corregir la clonación errónea realizada por John Hammond. Mientras tanto, la antigua directora de operaciones de Jurassic World, Claire Dearing, ha creado el Grupo de Protección de Dinosaurios para salvar a los animales. Después de que el Senado se pronuncie en contra del rescate de los animales, el antiguo socio de Hammond, Sir Benjamin Lockwood, convoca a Claire a su finca del norte de California. Lockwood y su ayudante, Eli Mills, revelan un plan para trasladar a los dinosaurios a una nueva isla santuario. Claire es necesaria para reactivar el sistema de rastreo de dinosaurios del parque para localizar a los animales, especialmente a Blue, el último Velociraptor superviviente. Claire recluta a Owen Grady, el antiguo entrenador de Velociraptor de Jurassic World, para que le ayude a capturarla.

En la Isla Nublar, Claire y el antiguo técnico del parque Franklin Webb reactivan el sistema de seguimiento en línea. Owen, la paleo-veterinaria Zia Rodríguez y un equipo de mercenarios dirigido por Ken Wheatley, rastrean y encuentran a Blue. El encuentro se intensifica, y el resultado es que Blue recibe un disparo y Wheatley tranquiliza a Owen. Wheatley abandona entonces a Owen, Claire y Franklin en la isla mientras toma como rehén a Zia para tratar a Blue. El barco mercenario, cargado de dinosaurios capturados, parte hacia el continente mientras los dinosaurios restantes se quedan atrás para morir en la erupción. Claire, Franklin y Owen se cuelan en el barco y ayudan a Zia a transfundir a Blue con sangre de tiranosaurio.

En lugar de ser reubicados en una nueva isla, los dinosaurios capturados son transportados a la finca de Lockwood, donde Maisie, la nieta huérfana de Lockwood, escucha que Mills y el subastador, el Sr. Eversoll, planean en secreto subastar los dinosaurios capturados en el mercado negro. También van a presentar el Indoraptor, un dinosaurio transgénico convertido en arma, creado por el genetista Dr. Henry Wu utilizando ADN de Indominus rex y Velociraptor. Wu necesita el ADN de Blue para crear un Indoraptor mejorado que sea obediente a las órdenes, sin saber que la sangre de Blue ya no es pura. Después de que Maisie informe a Lockwood sobre la subasta, éste se enfrenta a Mills, que lo asfixia con una almohada. Más tarde se revela que Maisie ha sido clonada a partir de la hija fallecida de Lockwood y que es la razón por la que John Hammond, que se oponía a la clonación humana, terminó su asociación.

Los dinosaurios subastados son enviados inmediatamente. Franklin evade la captura y libera a Zia, pero Owen y Claire han sido detenidos. Owen incita a un Stygimoloch a abrir su celda. Los dos se encuentran con Maisie, y se enteran de que el Indoraptor está siendo vendido a pesar de las protestas de Wu de que es un prototipo. Owen interrumpe el proceso atrayendo al Stygimoloch a la habitación. En el caos que se produce, Wheatley tranquiliza al Indoraptor para extraerle un diente como trofeo, pero el híbrido, que sólo había fingido estar inconsciente, mata a Wheatley, a Eversoll y a los demás mientras escapa. El Indoraptor persigue entonces a Owen, Claire y Maisie por toda la mansión hasta que Zia libera a Blue, que lucha contra el Indoraptor. En lo alto de un techo de cristal, ambos animales lo atraviesan, matando al Indoraptor y dejando a Blue ilesa.

Cuando una fuga de gas de cianuro de hidrógeno amenaza a los dinosaurios enjaulados, Maisie los libera, ignorando las objeciones de Owen. Cuando Mills intenta huir con el hueso del Indominus rex, el tiranosaurio rex lo devora y pisotea el hueso. Owen, Claire, Maisie, Zia y Franklin escapan, mientras que Blue y los otros dinosaurios liberados huyen de los terrenos de la finca.

En una nueva audiencia en el Senado de los Estados Unidos, el Dr. Malcolm declara el comienzo de una neo-Edad Jurásica, en la que humanos y dinosaurios deben coexistir. Las escenas finales muestran a los dinosaurios liberados vagando por la naturaleza y las zonas urbanas exteriores.