Молодий журналіст в складі дослідницької експедиції виявляється в загадковому Загублений світ, який населяють динозаври і ворогуючі племена індіанців і человекообезьян.
Молодий ірландець Едуард Дан Мелоун, співробітник лондонського видання «Дейлі-газетт», закоханий в чарівну Гледіс Хангертон. Він намагається зізнатися їй у коханні, але та припиняє цю спробу. Дівчина мріє бути дружиною, вірною супутницею і однодумницею прославленого героя, щоб відблиск його слави падав і на неї. Гледіс заявляє, що віддасть руку і серце тільки такому чоловікові.
Вирішивши неодмінно зробити видатний подвиг, Мелоун вирушає до редактора відділу «Останні новини» з проханням дати йому доручення, поєднане з «пригодами і небезпеками». Подумавши, редактор пропонує Мелоун викрити одного «шарлатана, сучасного Мюнхаузена» і відправляє журналіста до професора Джорджу Едуарду Челленджер. Деякий час назад професор привіз з Південної Америки докази, що підтверджують, що доісторичні тварини досі існують. Наукове співтовариство визнало ці докази фальсифікованими, ніж жахливо розлютило Челленджера. З тих пір професор люто накидається на всякого, хто переступає поріг його будинку. Особливо сильно Челленджер ненавидить журналістів.
Представившись початківцям натуралістом, Мелоун відправляє професору лист з адреси журналу «Природа», в якому просить про зустріч. Незабаром приходить у відповідь лист із запрошенням, і Мелоун вирушає до Челленджер. Професор, людина невисокого зросту з дуже потужними плечима, величної поставою, величезною головою, низьким, гучним голосом і квадратної синяво-чорною бородою, дуже швидко викриває мнимого натураліста. Між ним і Мелоун відбувається бійка. Справа доходить до поліції, але журналіст відмовляється пред'являти Челленджер звинувачення. Угледівши в поведінці журналіста «деякі ознаки доброчесності», професор змінює гнів на милість і показує докази, привезені ним з Амазонії.
Подорожуючи по притоках Амазонки, Челленджер потрапив в селище індіанців-кукама, де тільки що помер біла людина, американський художник Мепл-Уайт. Серед його речей професор виявив альбом із зображеннями незвичайного плато і динозавра, немов намальованого з натури. За допомогою індіанців Челленджер відшукав це плато. Піднятися на стрімкі скелі він не зміг, але зате сфотографував сидить на дереві птеродактиля, і привіз з собою частину його крила і величезну кістку динозавра. На жаль, по дорозі додому човен Челленджера перекинулася, знімки були безнадійно зіпсовані, а кістки були визнані містифікацією. На думку професора, це ізольоване плато виникло завдяки вулканічної діяльності багато тисячоліть тому, під час юрського періоду, тому доісторичні тварини мешкають там донині.
Остаточно переконавши Мелоуна в своєму відкритті, Челленджер запрошує його на лекцію в Зоологічному інституті, на якій має намір бути присутнім сам. На лекції, присвяченій походженню земної фауни, професор ставить під сумнів слова лектора про те, що доісторичні тварини давно вимерли. Потім Челленджер пропонує перевірити справедливість його слів і відправити в Амазонию нову експедицію. Брати участь в ній викликається професор порівняльної анатомії Саммерлі, «високий, жовчний старий». Він вимагає від Челленджера координати таємничого плато, але професор хоче, щоб в експедицію увійшли і молодші люди, оскільки «подорож буде пов'язане з багатьма труднощами і небезпеками». Зрозумівши, що йому випадає шанс стати героєм і завоювати серце Гледіс, Мелоун схоплюється з місця, але його випереджає високий, рудуватий лорд Джон Рокстон, відомий спортсмен, мандрівник і мисливець. Челленджер бере в експедицію обох.
Після лекції Рокстон зазиває Мелоуна до себе, щоб ближче познайомитися. Він дає журналістові хорошу гвинтівку і розповідає, що вже бував в Південній Америці. Лорд воював з перуанськими работоргівцями, захищаючи місцевих селян, за що і отримав прізвисько «Біч божий».
Зобов'язавшись надсилати в газету регулярні звіти про подорож, Мелоун збирається в дорогу. Професори Челленджера подорожні бачать тільки на пристані, перед відправкою пароплава, де той дає їм конверт з координатами, і вимагає відкрити його після прибуття в місто Манаос на Амазонці, в певний день і годину. З цього моменту розповідь набуває вигляду звітів Едуарда Мелоуна.
Змінивши океанський пароплав на річковий, експедиція добирається до міста Манаос в верхів'ях Амазонки. Незважаючи на вік, професор Саммерлі виявляється дуже витривалим мандрівником. Він упевнений, «що Челленджер - шарлатан чистої води». Лорд Джон, в свою чергу, вірить в доцільність експедиції і насолоджується подорожжю по улюбленої Амазонії. Чекаючи призначеного челенджером терміну, мандрівники наймають слуг-носіїв: велетня-негра Самбо, двох метисів і трьох болівійських індіанців. Один з метисів, Гомес, говорить по-англійськи. Саме його Самбо одного разу застав, підслуховує розмови мандрівників.
Нарешті, приходить час розкрити лист Челленджера, але в конверті оказазивается лише чистий аркуш паперу, що, на думку Саммерлі, підтверджувало обман. В цей час на порозі гасієнди, де зупинилися подорожні, з'являється сам професор. Таким оригінальним чином Челленджер приєднується до експедиції і очолює її.
Зробивши триденне подорож на паровому катері вгору по Амазонці, мандрівники висаджуються у індіанського селища. Челленджер бере з учасників експедиції обіцянку зберігати в таємниці географічні координати місця, куди вони направляються. Професор наймає два індіанських чёлна, в яких експедиція отправіляется вгору по притоку Амазонки, супроводжувана гулом тубільних барабанів: це означає, що подорожні вступили на заборонену територію. Весь цей час професора сперечаються з приводу і поводяться, як великі діти.
Нарешті Челленджер виводить супутників в зарослий очеретом проток. Три дні по тому протока обмелевает, і мандрівники йдуть пішки. Через десять днів, подолавши трясовину, гори і безкраї бамбукові зарості, експедиція розбиває табір біля підніжжя червоних скель плато, зображеного в альбомі Мепл-Уайта. Неподалік від плато височіє самотній стрімчак, на якому Челленджер бачив птеродактиля. Вранці супутники вирішують обігнути плато, щоб знайти шлях, по якому художник подолав неприступні скелі.
По дорозі вони натикаються на покинутий табір і знаходять віхи, якими Мепл-Уайт відзначав свій шлях. У густих заростях бамбука подорожні знаходять кістяк людини білої раси, якого хтось скинув з вершини плато. Судячи по залишках особистих речей, це американець, супутник художника, про який чув Челленджер. Віхи Мепл-Уайта призводять до печери. Колись з печери був прохід на плато, але тепер він завалений камінням. Розчаровані подорожні виходять з печери і піддаються нападу - їх закидають камінням. У той же вечір на їх табір напало чудовисько, в якому здивований Саммерлі дізнається птеродактиля. Вчений приносить урочисті вибачення своєму колезі.
Через шість днів друзі закінчують обхід гірського кряжа, так і не знайшовши зручного для підйому місця. Трохи поміркувавши, Челленджер знаходить вихід. Він забирається на скелю, що височить поруч із плато. На краю скелі росте могутній бук. Мандрівники рубають його сокирою, і дерево падає поперек прірви, утворюючи міст. Як тільки четверо подорожніх переходять на плато, метис Гомес скидає дерево в потрапити - так він мстить за свого брата-рабовласника, якого вбив лорд Джон. Гомес недовго радіє помсти - лорд Джон знімає його влучним пострілом. Другого метиса вбиває вірний Самбо, а перелякані індіанці розбігаються. Потім негр забирається на скелю і переправляє друзям провізію і спорядження, а сам залишається в таборі біля підніжжя скель. Подорожні виявляються бранцями неприступного плато.
Вони розбивають табір під величезним деревом гінкго, обносять його колючими гілками і називають плато ім'ям його першовідкривача, художника Мепл-Уайта. Вранці друзі починають обстежувати околиці табору і незабаром натикаються на сім'ю ігуанодонов. Пройшовши через густий ліс, вони виявляють глибоку улоговину, а в ній - колонію птеродактилів. Професор Челленджер ненавмисно привертає їхню увагу, і смердючий тварі нападають на дослідників. Лорду Джону доводиться стріляти з рушниці, але птеродактилі все ж встигають поранити трьох мандрівників. Повернувшись в табір неабияк пошарпаними, вони виявляють, що тут хтось побував. Дивовижна істота проникло всередину огорожі, спустившись з дерева гінгко, і влаштувало в таборі безлад.
Укуси птеродактилів виявляються отруйними. Весь день друзі проводять в таборі, а Мелоун здається, що за ними стежать. Лорд Джон не перестає роздумувати про синьої глині, яку помітив у гнездовіще летючих тварюк. Вночі на табір нападе чудовисько, що нагадує гігантську жабу з величезними іклами. Озброївшись палаючим факелом, лорд Джон відганяє чудовисько від огорожі. Стріляти він не хоче - боїться шумом залучити кого-то більш небезпечного. З цього моменту подорожні не лягають спати без охорони. Вранці з'ясовується, що напав на них хижий динозавр розірвав игуанодона. Розглядаючи останки, дослідники зауважують на шкірі незрозумілу наліпки з сірого асфальту. Такі ж наліпки подорожні помічають і у інших ігуанодонов.
Вдень Саммерлі піднімає питання про повернення в Англію, проте Челленджер відмовляється повертатися додому без карти Країни Мепл-Уайта. На дослідження плато може піти багато місяців, але Мелоун знаходить рішення. Він забирається на дерево гінгко, одне з найвищих на плато. Піднімаючись на вершину дерева, журналіст натикається на істота з майже людським обличчям, яке стрімко тікає. З вершини Мелоун видно практично вся Країна з великим озером в центрі. За озером видніється гряда червонуватих скель з отворами печер. Журналіст робить начерк карти. Професори дозволяють юнакові дати назву озеру, і Мелоун називає його «озеро Гледіс».
Розбурханий успіхом, Мелоун не може заснути. Він вирішує самостійно спуститися до озера і досліджувати гряду з печерами. Потрапивши в нічний ліс, журналіст лякається, але йде вперед з чистого впертості. Добравшись до озера, Мелоун виявляє, що входи в печери висвітлені вогнищами, «розпалити які могла тільки людська рука». У озера юнак бачить безліч незвичайних істот, і серед них - динозавра, намальованого Мепл-Уайтом. На зворотному шляху журналіста переслідує жабоподобное чудовисько. Тікаючи від хижака, він падає в яму-пастку, явно вириту людиною. Насилу вибравшись з ями, Мелоун направляється до табору і раптом чує постріл. Він думає, що це друзі шукають його, але, діставшись до місця, виявляє табір розореним і порожнім.
Кинувшись до краю плато, Мелоун бачить, що один з індіанців повернувся, і просить вірного Самбо послати його за допомогою в найближчий місцевий селище. Весь день Мелоун безуспішно шукає зниклих друзів, а потім влаштовується на ночівлю в спорожнілому таборі. Рано вранці його будить лорд Джон, весь подряпаний, в роздертою одязі. Він вистачає зброю, провізію і веде Мелоуна подалі від табору, в густі й колючі зарості. Сховавшись, лорд Джон розповідає, що на табір напали людиномавп і хотіли їх убити, але, на щастя, професор Челленджер виявився на диво схожий на вождя человекообезьянноего племені. Вождь прийняв професора за рідню, а інших звірі зв'язали і відтягли в своє селище. Незабаром туди привели і декількох низькорослих індіанців. Людиномавп відвели їх на майданчик біля обриву і одного за іншим скинули вниз. Мабуть, це був їх звичайний ритуал. Професор Челленджер міг вільно пересуватися по селищу. Він послабив пута лорда Рокстоном, і тому вдалося втекти. Лорд Джон побоюється, що людиномавп принесуть в жертву і Саммерлі.
Мелоун і лорд Джон встигають вчасно. Провівши спустошення в рядах человекообезьян, вони рятують не тільки професорів, а й залишилися в живих індіанців. Забравши з табору залишився зброю і їжу, вони ховаються в заростях, де і проводять ніч. Вранці їх притулок знаходять людиномавп, один із звірів нападає на Мелоуна, і друзям знову доводиться рятуватися. Один з індіанців виявляється сином вождя. Він відводить друзів до печер, де живе його плем'я. Мандрівників приймають з пошаною і знаками просять допомогти розправиться з людиномавп плем'ям. На наступний ранок індіанські воїни виступають в похід, за допомогою вогнепальної зброї мандрівників розправляються з человекообезьянамі, а самок і дитинчат беруть в рабство.
Після битви мандрівники стають почесними гостями індіанського племені. На прохання показати шлях до зовнішнього світу індіанці відповідають відмов - вони не хочуть відпускати незнайомців з чудовим зброєю. Деякий час мандрівники живуть біля озера, спостерігаючи за небаченими тваринами і харчуючись м'ясом ігуанодонов, які служать індіанцям тваринами. Виявилося, що асфальтові наліпки на шкірі ящерів - це щось на зразок клейма.
Друзі сподіваються на допомогу Самбо, який вже послав за підмогою. Челленнджер тим часом знаходить гейзер з легкозаймистою газом і намагається сконструювати повітряна куля, а лорд Джон надівши на себе щось, схоже на плетену корзину, відвідує гнездовіще птеродактилів. Його все ще цікавить синя глина.
Вдатися до винаходу Челенджера подорожні не встигають. Син вождя не хоче утримувати людей, які врятували плем'я, і дає їм план однієї з печер. Друзі досліджують її і знаходять вихід з плато. Вночі вони залишають Країну Мепл-Уайта, прихопивши з собою важкий вантаж. Якраз в цей час прибуває допомога, обіцяна Самбо.
Прибувши до Лондона, професора виступають на засіданні Зоологічного інституту, де їх знову висміюють, а привезені з плато фотографії називають підробками. Однак на цей раз у Челленджера є більш вагомі докази. До зали вносять величезний ящик з живим птеродактилем, якого впіймав лорд Джон. Ящір починає літати по залу, люди в паніці розбігаються, а тварина вилітає у вікно. На наступний день його помічають летять через Атлантику. Професор Челленджер стає тріумфатором.
Мелоун є до Гледіс, розраховуючи на взаємність, і виявляє її заміжня за «маленьким рудуватим суб'єктом». Журналіст цікавиться, який подвиг здійснив цей чоловік, щоб завоювати руку і серце неприступної Гледіс. Виявилося, що вона стала дружиною звичайного писаря з нотаріальної контори.
Увечері друзі збираються у лорда Джона, і той показує їм коробку, повну необроблених алмазів. Він не дарма цікавився синьою глиною - саме така глина супроводжує алмазні розсипи в Кімберлі. Лорд Джон ділить алмази порівну. На свою частку він хоче організувати другу експедицію в Загублений світ, і Мелоун вирішує до нього приєднатися.
