Após se entregar à polícia, um brilhante fugitivo oferece ajuda ao FBI, mas apenas se a novata Elizabeth Keen for sua parceira.

Quando Jane, uma fotógrafa, sofre de perda de memória depois de um traumático acidente de carro, estranhas pistas expostas em suas fotos sugerem que ela pode ser a responsável pela morte da família que ela nunca soube que teve.

Criaturas monstruosas conhecidas como Kaiju começam a emergir do mar. Para combatê-los, a humanidade desenvolve uma série de robôs gigantescos, os Jaegers. Cada um é controlado por duas pessoas por meio de uma conexão neural. Entretanto, mesmo os Jaegers se mostram insuficientes para derrotar os Kaiju. Diante deste cenário, a última esperança é um velho robô, que passa a ser comandado por um antigo piloto e uma pessoa em treinamento.

Cypher embarca em uma viagem espacial ao lado do filho, Kitai, mas uma chuva de asteroides os forçam a pousar na Terra, que há mil anos não é habitada por humanos. Com Cypher gravemente ferido, Kitai enfrenta grandes perigos na busca do sinalizador, o único objeto que pode ajudá-los a voltar para casa.