En Europe, durant la période du Paléolithique supérieur, le jeune Keda tente de retrouver sa tribu qui le croit mort après une chute lors de la chasse au bison des steppes. Durant son voyage, il va se lier avec un loup blessé, qu'il nommera plus tard Alpha.
Dans les années 1970, la société Petrox envoie Fred Wilson (Charles Grodin) à la recherche de la mystérieuse « île du Crâne » (Skull Island), qui contiendrait un gisement de pétrole important. Le professeur Jack Prescott (Jeff Bridges), persuadé que l'île renferme un monstre préhistorique, s'infiltre à bord du navire mais est rapidement démasqué. Wilson décide néanmoins de le garder comme photographe de l’expédition. Durant le voyage, l'équipage sauve une naufragée, Dwan (Jessica Lange), qui tombe bientôt amoureuse de Jack.
Un petit brontosaure (un « Long Cou »), Petit-Pied, devient orphelin après que sa mère s'est battue contre un tyrannosaure afin de le défendre. Il se retrouve séparé du reste de sa famille à cause d'un tremblement de terre. La famine menace et il doit trouver le chemin de la Grande Vallée, un endroit merveilleux où l'eau et la verdure se trouvent encore en abondance. Il espère aussi y retrouver ses grands-parents, car c'est là que tous les troupeaux de dinosaures se dirigent.
Une créature géante se manifeste dans la baie de Tokyo, avant de faire surface et de terroriser la ville. Le cabinet ministériel se réunit d'urgence, mais le Premier Ministre est incapable de prendre une décision. Les radiations mesurées sur le passage de la créature démontrent qu'elle est le triste produit d'une contamination. Plus tard, elle évolue et revient sous une forme encore plus monstrueuse, réduisant Tokyo en poussière. Devant l'ampleur de la menace, les États-Unis décident d'utiliser l'arme nucléaire sur le Japon si ce dernier échoue à éradiquer la menace, réveillant le spectre des bombardements d'Hiroshima et de Nagasaki. Une équipe de chercheurs se regroupe alors en marge des décisions du Cabinet pour déterminer comment éliminer le monstre, surnommé "Godzilla". La France et l'Allemagne finiront par s'en mêler à leur tours.
Le film est composé de sept séquences illustrant huit morceaux de musique classique, réorchestrés et dirigés par le chef d'orchestre Leopold Stokowski à la tête de l'Orchestre de Philadelphie. La dernière séquence illustre deux morceaux et un intermède sépare la séquence 4 et 5. Chaque séquence est précédée d'une courte introduction où l'orchestre est en ombre chinoise.
Le film est divisé en quatre actes distincts. Daniel Richter incarne l'Australopithecus afarensis qui découvre l'usage de l'outil après avoir touché le monolithe dans le premier acte qui se déroule « à l'aube de l'humanité » ; William Sylvester joue le docteur Heywood R. Floyd dans le second acte quand, en 2001, le même monolithe est découvert sur la Lune. Keir Dullea (Dr David Bowman) et Gary Lockwood (Frank Poole) apparaissent dans le troisième acte en tant qu'astronautes entreprenant un voyage vers Jupiter à bord du vaisseau Discovery One, suivant le signal émis par le monolithe lorsqu'il a été découvert sur la Lune. Douglas Rain est la voix de l'ordinateur de bord sentient HAL 9000, qui commande toutes les fonctions du vaisseau. Dans l'acte final, le film suit le périple de l'astronaute David Bowman « au-delà de l'infini ».
À l'aube de l'humanité, Zed et Oh sont chassés de leur village pour avoir goûté à la pomme de l'Arbre interdit. Ils se retrouvent alors livrés à eux-mêmes, sans avoir conscience des nombreuses aventures qui les attendent.
Fred Pierrafeu (Fred Caillou au Québec) et Barney Laroche (Arthur Laroche au Québec), les deux meilleurs amis du monde, vivent des moments difficiles: l'argent se fait rare et les filles se font encore plus rares. Malgré tout, Fred, un solide gaillard quelque peu maladroit, garde le moral et rassure Barney : la chance va leur sourire un jour, forcément. Et c'est un soir, en allant souper au casse-croûte de la ville, qu'ils rencontrent Wilma (Délima au Québec) et Betty (Bertha au Québec), deux ravissantes serveuses. C'est le coup de foudre instantané pour les deux hommes de la préhistoire, et une relation amoureuse naît entre ces deux couples. Barney, après quelques sorties mémorables avec Betty, fait le grand pas : il la demande en mariage. De son côté, Fred décide d'amener Wilma pour une fin de semaine romantique à Rock Vegas, la place la plus courue qui soit. Les futurs mariés décident alors de les accompagner pour passer eux aussi du bon temps et vivre la belle vie.
Au Paléolithique, la tribu des Oulhamr connaît l'usage du feu et sait le conserver mais ne sait pas le produire. Les membres de la tribu des Wagabou envahissent le territoire des Oulhamr et une bataille éclate. Les Wagabou sont représentés comme des sauvages proches de l'animalité, couverts de poils, dont rien n'indique qu'ils maîtrisent un outillage avancé ou le feu, et dont la langue est à l'évidence très rudimentaire. Malgré tout, ce sont eux qui gagnent grâce à l'avantage du nombre, leur force brutale et leurs ruses stratégiques. Une poignée d'Oulhamr réussit à s'enfuir, en laissant en chemin les blessés. Le gardien du foyer s'enfuit lui aussi avec un peu du feu (le reste a été volé par les Wagabou), mais après avoir retrouvé les survivants de la tribu, le peu de braise incandescente finit par s'éteindre. Sans feu, les voilà condamnés à mourir de froid et de faim. Les Oulhamr ne veulent pas revenir au cannibalisme et ils décident d'envoyer deux groupes à la recherche du feu (recherche pleine de danger) : Naoh (Everett McGill), Amoukar (Ron Perlman) et Gaw (Nameer El-Kadi) d'une part, Aghoo le velu et ses deux frères, d'autre part. Au cours de leur voyage, ils rencontreront plusieurs espèces de bêtes sauvages, dont des tigres à dents de sabre, ainsi que d'autres espèces primitives d'êtres humains.
Durant la Préhistoire, quand les dinosaures et les mammouths parcouraient encore la terre, un homme des cavernes courageux, Doug, et son meilleur ami Hognob (Crochon en français) s’unissent pour sauver leur tribu d’un puissant ennemi.
Suneo shows everyone a fossilized claw of a Tyrannosaurus rex and Nobita is angry that he doesn't get a look. Nobita claims that he will be able to find a living dinosaur. Panicking, Nobita researches on dinosaurs and starts digging in a hill. But then, a landlord shouts at him and makes him dig a hole in the ground to dispose of some egg shells. Nobita unearths a rock shaped like an egg. Using the time-wrap, he returns the rock into its former form and plans to hatch the egg. He spends a day and night wrapped tightly in a blanket with it on his futon, despite it being the peak of summer. A "Futabasaurus" comes out, and Nobita decides to name the plesiosaur Piisuke. Suneo and Gian come looking for Nobita but because Piisuke is still too small, Nobita doesn't show them the plesiosaur and instead makes a deal with them. If he cannot show them a real dinosaur, he would have to eat spaghetti through his nose. Meanwhile, Nobita and Piisuke form a strong bond between them with Nobita working very hard to make sure the baby plesiosaur is well looked after, feeding it his own dinner of sashimi and playing with it. He grows very attached to Piisuke.
En 1912, un œuf de ptérodactyle, vieux de 136 millions d'années, conservé dans une vitrine du Jardin des Plantes, a éclos et la créature s'envole dans le ciel, semant la terreur dans Paris. Une jeune romancière-détective, Adèle Blanc-Sec mène une enquête qui la mène jusqu'à l'Égypte. La jeune femme veut en effet tout faire pour sortir de son état végétatif sa sœur victime d'un improbable accident de tennis (lors d'une chute, son aiguille à chapeau lui a transpercé la tête), et, pour cela, elle cherche à ressusciter le médecin momifié d'un pharaon. Dans cette épopée fantastique et quelque peu loufoque, elle va rencontrer des ennemis, mais aussi de nombreux amis.
L'Âge de Pierre
Dans la première partie, Mel Brooks narre les premiers temps de l'humanité, avec par exemple, la naissance de l'art et « une autre, inévitable, celle du critique » (à ce moment, un barbu un peu snob s'avance vers la peinture murale et finit par uriner dessus).