叙述一位英国绅士Anthony Ross 爵士为了寻找失踪多年的儿子，于是他筹组了一支探险队展开行动，他的儿子当初是去寻找北极一带火山谷一个传说中的古老维京人部落，结果从此音讯全无，心急如焚的父亲因此才想尽办法组织探险队进行搜寻任务，这支队伍包括一位美国籍的考古学家、一位法籍发明家、一位追踪者以及英国企业家等等，当他们逼近目的地的时候，却意外闯入一个被时间遗忘的失落世界！这世界里有仍过着十世纪生活的维京人、火山爆发、鲸鱼墓场…等等，在这一连串的冒险当中，面对希望秘密永远被埋藏的那一群维京人，探险队面临到很难全身而退的危险局面！
1907 年的伦敦，英国贵族、实业家和百万富翁安东尼·罗斯爵士（唐纳德·辛登饰）匆忙安排了一次前往北极的探险，寻找他失踪的儿子唐纳德。唐纳德在一次捕鲸探险中迷失了方向，寻找传说中鲸鱼死亡的岛屿。
安东尼爵士聘请了斯堪的纳维亚裔美国 考古学家约翰·伊瓦尔森教授（大卫·哈特曼饰）和布里厄船长（雅克·马林饰）的才华，布里厄船长是一位法国发明家/飞行员，驾驶着布里厄船长发明的法国飞船海伯利安号进行这次探险。到达北极后，他们遇到了唐纳德的 爱斯基摩朋友欧米亚克（岩松真子饰），他是一个滑稽胆怯又勇敢的爱斯基摩朋友，并诱骗他帮助他们加入搜索行动。
最终，探险队与布里厄船长（暂时）失散，并发现了一个名为阿斯特拉加德的未知岛屿，该岛被失落的北欧文明占据，几个世纪以来与世界其他地区隔绝。他们抓获了安东尼爵士和伊瓦尔森，但奥米亚克逃脱了。此后不久，他们找到了唐纳德，但差点被极其狂热和仇外的戈迪（发音为/ ˈɡoʊd i / GOH -dee）处死，戈迪是一位法律发言人/权威人物。
三个男人（安东尼爵士、伊瓦尔森和唐纳德）被一个名叫弗雷贾的善良女孩救了出来，唐纳德深深地爱上了她。他们逃脱了，并与奥米亚克会合，最终找到了鲸鱼的墓地，但遭到了虎鲸的攻击。在这里，他们被突然出现的布里厄船长救了，但他们仍然被愤怒的戈迪和他不情愿的战士们追赶。
最后，戈迪向亥伯龙号射出火焰箭，爆炸而死。维京人对四位冒险家因戈迪人的偏见而发动的侵略感到遗憾。他们相信他对新来者的黑暗行为激怒了北欧众神。为了安抚众神，他们不会让探险队返回他们的世界，除非留下其中一人作为人质，以防止他们向外界泄露阿斯特拉加德的存在。
伊瓦尔森自愿留下来，因为这代表着重温历史的机会。伊瓦尔森还指出，如果有一天人类愚蠢到毁灭自己，像阿斯特拉加德这样的地方可能会成为人类最后的避难所。
安东尼爵士、唐纳德、芙蕾雅、布里厄船长和欧米亚克被允许和平离开，并承诺不会向外界透露阿斯特拉加德的事情。当伊瓦尔森返回阿斯特拉加德时，他回头一看，正好看到他的五个朋友渐行渐远，直到消失在北极的薄雾中。