喬納斯·泰勒（杰森·斯坦森飾）與科學家張九溟（吳京飾）組成探險小隊，深入太平洋馬里亞納海溝7000米深淵執行高危任務。兩人在穿越地質斷層時意外發現史前海洋生態系，遭到巨型變異巨齒鯊群襲擊，并被迫直面滄龍、鄧氏魚等遠古怪獸的連環圍攻。團隊成員蘇茵（蔡書雅飾）在科考船提供遠程技術支持，隨著深淵裂縫持續擴張，眾人逐步揭開遠古生物入侵的真相。為阻止史前掠食者突破深海屏障威脅人類世界，喬納斯與張九溟冒險潛入地質活動核心區，在高壓熱液噴口展開生死決戰，最終通過引爆海底天然氣礦脈封閉深淵通道。行動中克利夫·柯蒂斯飾演的潛艇駕駛員與佩吉·肯尼迪扮演的生物學家為掩護主力小隊壯烈犧牲，幸存者帶著關鍵科研數據返航。