Au détour d'un voyage en Amérique du sud, Challenger, professeur quelque peu aventurier, fait l'acquisition de mystérieuses informations. Venu secourir un albinos agonisant au milieu d'une tribu cannibale, il obtient un étrange carnet de voyage qui semble le fasciner.

Londres, Europe. Alors qu'une conférence du professeur Summerlee se tient sur l'extinction des dinosaures, Challenger, de retour d'Amérique, surgit et remet en cause les dires de la communauté scientifique et la disparition de toute vie préhistorique sur terre. Immédiatement réfuté et insulté par ses confrères, il défie Summerlee d'organiser une contre-expédition. Accompagnés par un chasseur de renom, Lord Roxon, et un jeune journaliste, Ned Malone, ils s'engagent dans un périple long de plusieurs mois. De Londres à Para, d'Obidos à Manaos, les quatre voyageurs vont parcourir l'Amazonie avec comme seuls repères des croquis, et comme seul aide Pablo, leur guide local.

Et ce n'est pas là leur seul problème. Bien des dangers les guettent au-delà de l'Amazone, et il faudra bien plus que du courage pour parvenir à franchir des obstacles insurmontables. Malgré les mises en garde, Challenger restera déterminé, prêt à tout pour prouver l'existence de ces monstres et de ce monde perdu !