ゴジラとムートーの戦いから5年後、
巨大怪獣の存在およびそれまで極秘に怪獣の調査を行ってきた秘密機関「モナーク」のことが公になり、
以後世界各地で休眠状態の怪獣が次々と発見され、その地点には,怪獣の生態を研究するための前哨基地が建てられた。
中国・雲南省にある古代遺跡の内部に設置された第61前哨基地ではモナークの科学者エマ・ラッセル博士と
娘のマディソンらが孵化した"モスラ"の幼虫との交信を試み、モスラの制御に成功する。
しかし、そこへ環境テロリストであるアラン・ジョナ率いる傭兵部隊が基地を襲撃、エマとマディソンを連れ去り、
怪獣と交信する装置"オルカ"も強奪されてしまう。その頃、モナークの有識者と政府役員との会議においてモナークは
政府や世論から怪獣への対応と被害の責任についての追及を受け、あくまで怪獣殲滅を訴える政府に対し、
モナークの科学者・芹沢猪四郎博士はあくまで怪獣との共存が必要だと説く。その折に芹沢らは雲南省で起こった事件の知らせを聞いて
元モナークのメンバーで別居状態だったエマの夫マークに協力を要請、攫われた二人を救出するため力を合わせることとなり、
マークを"ゴジラ"の生息域となっているバミューダ海域に設置された第54前哨基地に招いて今後の対応を協議する。
一方、アラン達の目的は南極の氷塊に眠る怪獣"モンスターゼロ"を目覚めさせることであり、
南極の第31前哨基地を占拠してモンスターゼロの復活作業を開始する。それと同時に海域に潜んでいたゴジラが行動を開始、
その移動予測からゴジラが南極を目指していると知るとマーク達も司令母艦「アルゴ」で南極へと向かう。
到着したモナークの兵士とテロリストが銃撃戦を繰り広げる中、マークは妻子と再会する。
だがエマは彼の目の前で氷塊に仕掛けられた爆弾の起爆装置を押して氷塊を爆破、
崩壊する基地からアランはエマとマディソンを連れて逃亡し、マーク達も間一髪で基地の崩壊から免れるも、
マークと芹沢らは復活したモンスターゼロに襲われる。そこへゴジラが出現し、モンスターゼロと交戦を開始。
その戦いに巻き込まれて芹沢の助手グレアムは死亡、マークも気を失ってしまう。
そこに駆けつけたアルゴの攻撃を受けてモンスターゼロは逃亡、ゴジラもそれを追って海へと消える。