Главным героем является двадцати трехлетний журналист по имени Эдуард Мелоун, влюбленный в восхитительную девушку Глэдис, не отвечающую ему взаимностью, поскольку видит рядом с собой исключительно человека, способного на подвиги и преодоление трудностей.
Мелоун просит своего журнального руководителя Мак-Ардла о поручении необычного и сложного задания, которое поможет ему растопить сердце красавицы и докажет Глэдис его способность соответствовать ее идеалам.
Редактор поручает молодому человеку интервью с профессором Челленджером, считающимся научным фанатиком и отличающимся нелюдимым характером и буйным нравом.
Журналист отправляется к профессору и их встреча заканчивается потасовкой, однако сумасшедший ученый испытывает к Мелоуну симпатию, поскольку тот не подает заявление в полицейский участок.
Ученый рассказывает журналисту впечатления о своей поездки на южно-американский континент, в результате которого он якобы совершает открытие о существовании древнего плата, населенного динозаврами. Профессорское открытие не принимается научным сообществом, поскольку в качестве доказательства Челленджер показывает всем только несколько неясных фото, а также обрывок крыла, являющегося частью непонятного существа.
Профессор организует повторную экспедицию, в члены которой включается Мелоун, а также ученый по имени Саммерли, недоверяющий теории Челленджера, а также заядлый охотник и путешественник в лице лорда Рокстона.
Экспедиция отправляется в русло реки Амазонки, при этом весь период путешествия происходят ссоры Челенджера и Саммерли по вопросу действительного наличия необычного места.
В один из дней участники обнаруживают заброшенное плато и разбивают лагерь. В этот момент на их лагерь накидывается птеродактиль и Саммерли понимает правоту Челенджера.
Экспедиция принимается за работу и начинает изучение затерянного мира, в результате чего наблюдает за группой живых динозавров и различных видов ящеров. Однако путешественникам угрожает опасность гибели, исходящая от жестоких обезьянолюдей, обитающих в данной местности.
Участники экспедиции объединяются для борьбы с племенем обезьянолюдей с местными индейцами, с помощью которых они оказываются победителями в неравной схватке.
Экспедиция завершает научные изыскания и отправляется в обратный путь, вооружившись доказательствами существования древней цивилизации. В период исследования плата участникам удается обнаружить среди синей глины драгоценные камни в виде алмазов.
Вернувшись на родину, в Зоологическом музее происходит лекция профессора Челенджера, на которой он приводит неопровержимые доказательства существования собственной теории.
Мелоун отправляется к возлюбленной, но застает ее уже замужней дамой, которая, не дождавшись его возвращения из экспедиции, заключает брак с обычным клерком, работающим в нотариальной конторе. Журналист понимает, что капризы девушки, желающей подвигов от любимого мужчины, являются лишь ее нелюбовью к нему.
Однако Мелоун благодарен Глэдис, поскольку благодаря ее капризам он смог понять, что представляет собой для общества и в своих глазах.
Участники встречают в доме лорда Рокстона, где осуществляют раздачу найденных драгоценностей. Друзья решают совершить еще одну исследовательскую экспедицию к подножию затерянного мира.
Книга заставляет задуматься о необходимости проявления в любых жизненных ситуаций истинных человеческих чувств и качеств.
Читательский дневник.