西元 2020 年，可怕的怪獸大軍突然開始從海底竄出攻擊人類，接連摧毀舊金山、馬尼拉和墨西哥等城市，怪獸數量與攻擊次數越來越多，數以千萬的生命更因此不幸喪生。為了對抗怪獸的襲擊，人類啟動代號「機甲獵人」(Jaeger)的作戰計劃，亦即以「巨大神經元合體機械人」為地球設下防衛機制。兩名駕駛員必須透過神經元合體，才能同步操縱巨大的機械人，一旦連結失敗，就會引發大災難，只是這群配備精良的機械人，卻仍然擋不住洶湧襲來的殘暴巨獸。駕駛員萊理（查理漢納 飾）和哥哥在一場怪獸作戰中，哥哥不幸被怪獸吞噬，萊理因此意志消沉，留在阿拉斯加打零工維生。但隨著怪獸威力越來越強大，攻擊越來越頻繁之際，機甲獵人數量也越來越少。萊理和日本菜鳥女駕駛麻子（菊地凜子 飾）必須駕駛老舊機甲獵人吉普賽，擔負起拯救全世界的重責大任，在面對怪獸威脅與兩人各自傷痛記憶的過往，他們能夠成功達成任務嗎？