Monarch berjuang menghadapi kebangkitan monster purba, termasuk Godzilla, Mothra, Rodan, dan musuh utamanya, King Ghidorah, dalam perebutan supremasi yang mengancam umat manusia.
San Francisco, 2014. Di tengah reruntuhan pasca pertempuran antara Godzilla dan para MUTO, pasangan Mark dan Emma Russell dengan putus asa mencari putra mereka, Andrew. Di antara debu dan puing, mereka menemukannya, sebuah tragedi yang merenggut nyawa putra mereka dan menghancurkan keluarga mereka selamanya. Saat memeluk putri mereka yang lebih muda, Madison, Emma menatap ke atas dan melihat siluet Godzilla yang menjulang di tengah kabut, sebuah momen yang menanamkan benih trauma yang mendalam.
Lima tahun kemudian, Mark dan Emma telah berpisah. Emma bekerja sebagai paleobiologis untuk Monarch, tinggal bersama Madison remaja. Ia mendedikasikan hidupnya untuk menciptakan “Orca,” sebuah perangkat bio-akustik yang dirancang untuk berkomunikasi dengan para Titan.
Di sebuah fasilitas penahanan Monarch di Tiongkok, Emma dan Madison menyaksikan kelahiran kembali sesosok Titan kuno. Dari dalam telur raksasa, larva Mothra muncul. Merasa terancam oleh para prajurit yang menodongkan senjata, larva itu bereaksi dengan keras, menyemburkan jaring sutra yang lengket. Emma dengan cepat mengaktifkan Orca, menyiarkan frekuensi yang berhasil menenangkan Mothra. Madison bahkan bisa mendekat dan menyentuh makhluk agung itu.
Namun, momen damai itu hancur ketika sekelompok teroris yang dipimpin oleh Alan Jonah menyerbu fasilitas. Mereka membantai para ilmuwan dan menculik Emma serta Madison. Di tengah kekacauan, larva Mothra berhasil melarikan diri.
Monarch, kini di bawah tekanan pemerintah AS untuk membubarkan diri, merekrut Mark Russell. Mark, yang menyimpan dendam mendalam terhadap Godzilla atas kematian putranya, awalnya menolak untuk membantu. Namun, demi menyelamatkan putrinya, ia setuju untuk bergabung dengan tim Monarch yang terdiri dari Dr. Serizawa, Dr. Graham, Dr. Stanton, dan Dr. Ilene Chen. Mereka mengungkapkan bahwa belasan Titan lain telah ditemukan di seluruh dunia. Sebagai tanda kepercayaan, Monarch melepaskan Godzilla dari pengawasan mereka. Sang predator alfa itu segera berenang menuju Antartika, dengan armada Monarch mengikuti di belakangnya.
Jonah membawa Emma dan Madison ke sebuah benteng es di Antartika. Di dalamnya, membeku dalam es abadi, terdapat Titan berkepala tiga yang diberi kode nama “Monster Zero”, King Ghidorah. Saat tim Monarch tiba dan pertempuran pecah, sebuah pengkhianatan terungkap. Emma bukanlah korban, melainkan dalang. Ia dengan sengaja mengambil detonator dan meledakkan bahan peledak yang telah dipasang di sekitar penjara es itu.
Dari retakan es, Ghidorah bangkit. Makhluk naga emas berkepala tiga itu menjulang ke angkasa. Tepat pada saat itu, Godzilla muncul dari laut untuk menantangnya. Pertarungan pertama antara dua alfa pun terjadi. Semburan napas atom Godzilla berhasil dihindari oleh Ghidorah, yang membalas dengan petir dari ketiga kepalanya, menjatuhkan Godzilla kembali ke dalam jurang es. Dalam amukannya, Ghidorah membunuh Dr. Graham sebelum terbang ke angkasa.
Melalui komunikasi, Emma mengungkapkan filosofinya, manusia adalah infeksi bagi planet ini, dan para Titan adalah obatnya. Dengan melepaskan mereka, ia berharap dapat mengembalikan keseimbangan alam, sebuah penebusan kejam atas kehilangan putranya.
Tim Emma dan Jonah bergerak ke Isla De Mara, Meksiko, di mana Titan lain, Rodan, tertidur di dalam gunung berapi aktif. Mereka membangunkannya. Rodan, sang Iblis Api, meledak keluar dari puncak gunung, menghancurkan desa di bawahnya dan melenyapkan seluruh skuadron jet tempur.
Ghidorah, yang tertarik oleh keributan itu, turun dari langit dan menantang Rodan. Pertarungan udara yang sengit berakhir dengan Ghidorah yang superior menjatuhkan Rodan ke laut. Namun, sebelum ia bisa mendaratkan pukulan terakhir, Godzilla kembali muncul untuk ronde kedua. Pertarungan mereka yang brutal terhenti saat Godzilla berhasil merobek salah satu kepala Ghidorah. Tiba-tiba, militer AS meluncurkan senjata eksperimental, “Oxygen Destroyer.” Ledakan dahsyat itu menyelimuti lautan. Ghidorah berhasil terbang menjauh, sementara Godzilla lenyap, dianggap tewas.
Di puncak gunung berapi, Ghidorah mendarat. Kepalanya yang putus beregenerasi dengan cepat. Ia kemudian mengeluarkan panggilan alfa yang menggelegar, sebuah frekuensi yang membangunkan semua Titan lain di seluruh dunia. Dari setiap sudut planet, para monster bangkit dan memulai amukan global, kini tunduk pada perintah raja palsu mereka.
Di balik sebuah air terjun, kepompong Mothra bersinar. Ia muncul dalam wujud dewasanya yang megah dan bercahaya, lalu terbang melintasi samudra. Ia menemukan Godzilla, yang ternyata selamat dari Oxygen Destroyer namun dalam kondisi sekarat, menyerap radiasi di sebuah kota bawah laut kuno.
Tim Monarch menyadari adanya hubungan simbiotik antara kedua Titan itu. Mereka menyusun rencana nekat untuk menghidupkan kembali Godzilla dengan meledakkan hulu ledak nuklir di dekatnya. Karena sistem persenjataan kapal selam mereka rusak, Dr. Serizawa secara sukarela mengorbankan diri. Ia membawa bom itu secara manual, mendekati Godzilla yang nyaris tak sadarkan diri, meletakkan tangannya di wajah sang raksasa, dan meledakkan bom tersebut.
Ledakan itu tidak membunuh Godzilla, tetapi justru memberinya kekuatan luar biasa. Ia bangkit, kini bersinar dengan energi atom yang meluap-luap.
Melihat kehancuran tak terkendali yang disebabkan oleh Ghidorah, Emma menyadari kesalahannya. Madison, yang muak dengan tindakan ibunya, mencuri Orca dan melarikan diri ke Fenway Park di Boston. Di sana, ia menyiarkan frekuensi yang menarik semua Titan ke lokasinya.
Ghidorah tiba, disusul oleh Godzilla yang kini super-kuat. Pertarungan terakhir untuk takhta planet ini dimulai di tengah kota Boston. Mark memimpin tim penyelamat untuk menemukan Madison, dan akhirnya bertemu dengan Emma yang juga datang untuk menebus kesalahannya. Mereka menemukan Madison selamat di bawah reruntuhan rumah masa kecil mereka.
Di medan perang, Ghidorah nyaris mengalahkan Godzilla. Tiba-tiba, Mothra turun dari langit, melumpuhkan kepala-kepala Ghidorah dengan jaring sutranya. Rodan, yang kini menjadi bawahan Ghidorah, menyerang Mothra. Setelah duel udara yang singkat, Mothra berhasil melumpuhkan Rodan dengan sengatnya. Ia kemudian kembali ke sisi Godzilla yang melemah. Saat Ghidorah akan menembakkan petirnya, Mothra terbang di antara mereka, menerima serangan itu dan menguap menjadi debu energi yang menyelimuti dan memberi kekuatan pada Godzilla.
Emma tahu apa yang harus ia lakukan. Ia mengambil Orca dan mengendarai jip, menarik perhatian Ghidorah menjauh dari Godzilla yang sedang mengumpulkan energi. Tindakannya memberi Godzilla waktu yang ia butuhkan. Dengan raungan terakhir, Emma ditelan ledakan dari serangan Ghidorah.
Godzilla, kini dalam wujud “Burning Godzilla,” melepaskan gelombang panas nuklir yang dahsyat, melelehkan gedung-gedung di sekitarnya. Ia membakar sayap Ghidorah, menghancurkan dua kepala sampingnya, dan akhirnya meledakkan tubuh sang naga alien dalam ledakan atom. Dari asap, Godzilla muncul sambil menggigit kepala terakhir Ghidorah di mulutnya, lalu menghancurkannya.
Para Titan lain, termasuk Rodan, tiba di Boston. Satu per satu, mereka menundukkan kepala di hadapan Godzilla. Sang predator alfa itu mengeluarkan raungan kemenangan. Ia adalah raja yang sah.
Mid credits scene: Montase artikel berita menunjukkan penemuan telur Mothra baru dan aktivitas berkelanjutan di Skull Island. Sebuah lukisan gua kuno menggambarkan pertempuran titanik: Godzilla melawan Kong.
Ending credits scene: Di Isla De Mara, Alan Jonah dan pasukannya diperlihatkan sebuah temuan di pasar gelap, salah satu kepala Ghidorah yang putus dalam pertempuran di Meksiko. Jonah membelinya, tujuannya masih menjadi misteri.
