随着《哥斯拉》和《金刚：骷髅岛》在全球范围内取得成功，传奇影业和华纳兄弟影业联手开启了怪兽宇宙系列电影的新篇章—一部史诗级动作冒险巨制。在这部电影中，哥斯拉将和众多大家在流行文化中所熟知的怪兽展开较量。全新故事中，研究神秘动物学的机构“帝王组织”将勇敢直面巨型怪兽，其中强大的哥斯拉也将和魔斯拉、拉顿和它的死对头——三头王者基多拉展开激烈对抗。当这些只存在于传说里的超级生物再度崛起时，它们将展开王者争霸，人类的命运岌岌可危……

在阿富汗执行任务的美国空军飞行员科特史蒂文斯上尉（杰克·吉伦哈尔 Jake Gyllenhaal 饰）突然惊醒，发现自己在一辆高速行驶的列车上，而他的身边坐着一个素不相识的女子克里斯蒂安（米歇尔·莫娜汉 Michelle Monaghan 饰）正在与自己讲话。科尔不知自己为什么会在这辆车上，而且他发现自己居然是以另一个人的身份存在，正当他迷惑不解的时候，列车上忽然发生爆炸……
科特又一次惊醒，发现自己身处一个密闭的太空仓里，有一位女军官古德温（维拉·法米加 Vera Farmiga 饰）正在通过视频和自己对话，并要求自己报告列车上发生的事情。一头雾水的科特还没搞明白是怎么回事时，他又一次被送上那辆列车。这次之后，科特终于明白自己在执行一件任务，负责调察芝加哥火车爆炸案找到恐怖份子并查出他的下一个目标。科特被一次又一次的送上那辆高速列车，每次只有八分钟的时间调察，调察过程中，科特发现自己已在一周前去世，原来他正在参与是一项“脑波原代码”的秘密任务，这项任务通过已经死亡的科特尚未完全死亡的脑细胞影像来还原事件，调查事情的真相。最终，科特顺利完成了任务，但是他却决定再一次返回列车，拯救列车上那些无辜的生命……