1999年フィリピン。石炭採掘現場で謎の陥没事故が起こる。事故現場に急行した芹沢猪四郎博士はそこで化石となった巨大生物の骨とそこに寄生していたかのような物体を発見する。物体は二つありそのうち一つからは既に何かが抜け出し海へ向かった跡が残されていた。日本の地方都市・雀路羅市。ここで稼働中の原子力発電所で働くアメリカ人のジョー・ブロディは、発電所に近づきつつある謎の震動と電磁波に気づく。対策会議を開くべく発電所に向かったジョーとその妻サンドラ。サンドラは炉心の調査すべく原子炉へと向かい、ジョーは管制室で緊急対策会議の準備を進める。しかし謎の咆哮と共に凄まじい揺れが発電所を襲う。原子炉が破損し放射線漏れが起きる。ジョーは雀路羅市への拡大を防ぐべく、サンドラを残したまま防御壁を閉じる。しかしその後も揺れは収まらずついに発電所は倒壊するのだった。そしてそれを街から見つめるブロディ夫妻の息子フォード…。15年後フォードは爆弾処理担当の軍人となっていた。久々の休暇で妻子の待つサンフランシスコに戻ったフォードは、日本から父が逮捕されたとの連絡を受け急ぎ日本へと向かう。倒壊から生き残ったジョーは、妻の死の原因を政府が隠ぺいしていると信じ、それを暴くべく日本に残っていた。そして放射線汚染のため立ち入り禁止地区となっていた雀路羅市に侵入しようとして逮捕されたのだった。かつての自宅に残した謎の電磁波のデータを取りに行こうとする父に付き添いフォードは雀路羅市へ侵入する。廃墟となった雀路羅市だったが、ガイガーカウンターには放射線反応は現れなかった。自宅でデータを回収する二人だが警備隊に見つかり連行される。連行先はかつての発電所跡で大がかりな施設が建造され多くの人間が働いていた。そして炉心があった場所には繭のようなものがありそこから電磁波が発生していた。この施設を管理しているのは「モナーク」という秘密組織であり、芹沢博士もここに所属していた。電磁波の発生間隔が短くなり何かが目覚めようとしていた。芹沢博士は迷った末抹殺指令を下すが間に合わず、ついに巨大怪獣が目覚め周囲を破壊したのち翼を広げ飛び去っていく。その破壊に巻き込まれたジョーは大けがを負い、フォードの看護の甲斐もなく死亡する。「MUTO（ムートー）」と名付けられた巨大怪獣は海を越え東を目指していた。それを追う芹沢博士たちと米軍。博士はともに行動することとなったフォードに「モナーク」が怪獣調査のために設立されたことを告げる。古生代、今よりも高濃度の放射線で覆われていた地球では放射線をエネルギー源とする怪獣たちが闊歩していたが、やがて放射線量の低下により地底深くへと追いやられていた。1954年に米軍の潜水艦ノーチラス号がこの生き残りの怪獣を発見。人類は核実験という名目でカモフラージュして怪獣殲滅を図るも失敗に終わった。この怪獣は「ゴジラ」と呼ばれることとなった。MUTOが復活した今、きっとライバルだったゴジラも復活するだろうと芹沢博士は考えていた。MUTOはハワイ沖でロシアの原子力潜水艦を捕獲し、ホノルル市街に上陸する。MUTOの電磁波攻撃により停電する市街。そして沖合では別の巨大怪獣がホノルルへと向かっていた！