Au début du XXe siècle (1911), se déroule à Londres une conférence palétontologique tenue par le professeur Summerlee, et à laquelle assistent le jeune reporter Edward Malone, sa fiancée Gladys qu'il aimerait à tout prix séduire par un quelconque acte héroïque, Mr McArdle, le patron de son journal La Gazette, le chasseur et aventurier Lord John Roxton, ainsi que les autres membres, scientifiques et chercheurs, de l'Assemblée.

Ce dernier est alors interrompu dans son discours par un de ses plus fervents rivaux, le professeur Challenger, tout juste rentré d'une expédition en Amérique du Sud, et qui va le contredire sur ses théories sur les fossiles en avançant l'hypothèse qu'il existe encore bel et bien des dinosaures quelque part en Amazonie, sur un plateau encore inconnu et inexploré de l'Homme. Il va alors faire part de son projet d'expédition sur ce plateau pour tenter de rencontrer quelques-unes de ces espèces. Se joindront à lui le jeune Malone, qui fera le résumé de l'expédition dans la Gazette (Gazette qui, en contre-partie des droits, assurera une partie du financement), Lord John Roxton, à qui il n'est encore jamais arrivé de chasser le dinosaure, et le professeur Summerlee lui-même qui représentera plus ou moins la science dans cette fabuleuse épopée.

À leur arrivée au Brésil, ils vont trouver refuge chez le révérend Théo Kerr, un Européen qui vit depuis très longtemps dans cette partie du monde, en compagnie de sa nièce, Agnes Cluny, et d'autres peuplades indigènes. Après une courte halte dans leur mission, l'expédition repart en direction du plateau perdu en compagnie d'Agnes, qui leur servira plus ou moins de guide et de conseillère dans la forêt Amazonienne qu'elle connaît depuis son plus jeune âge.