Nach den Ereignissen des Angriffs auf San Francisco im Jahr 2014, einem Vorfall, der heute als G-Day bekannt ist, reist die Lehrerin Cate Randa nach Tokio, um die Angelegenheiten ihres für tot erklärten Vaters Hiroshi zu regeln. Bei ihrer Ankunft entdeckt sie, dass ihr Vater ein Doppelleben führte und eine zweite Familie hinterließ, darunter ein Halbbruder, von dessen Existenz sie nichts wusste – der Künstler Kentaro – und dessen technikaffine Ex-Freundin May. Gemeinsam decken die entfremdeten Geschwister Beweise auf, dass ihr Vater nicht nur ein Geschäftsmann, sondern ein Wissenschaftler war, der tief in Monarch verstrickt war, die geheime Organisation, die mit der Verfolgung und Erforschung massiver unidentifizierter terrestrischer Organismen, bekannt als Titanen, beauftragt ist.

Ihre Ermittlungen bringen sie ins Visier von Monarch und führen sie zu einer entscheidenden Verbindung zur Vergangenheit: dem Armeeoffizier Lee Shaw. In der Gegenwart wird Shaw von Kurt Russell als abgeklärte Figur mit jahrzehntealten Geheimnissen dargestellt, während Rückblenden in die 1950er Jahre Wyatt Russell als jungen Militärangehörigen zeigen, der einem geheimen Projekt zugeteilt ist. Diese historischen Sequenzen enthüllen die Ursprünge von Monarch und folgen dem jungen Shaw, während er mit der entschlossenen Paläobiologin Dr. Keiko Miura und ihrem ehrgeizigen Kollegen Bill Randa zusammenarbeitet. In dieser Ära erleben die drei das Auftauchen von Godzilla im Südpazifik und kämpfen darum, skeptische Regierungsbeamte davon zu überzeugen, dass Titanen real sind, während sie versuchen, die Organisation aufzubauen und persönliche Verstrickungen sowie bürokratische Einmischung bewältigen.

Während Cate, Kentaro und May weltweit Hinweisen nachjagen und dabei von Monarch-Agenten verfolgt werden, erfahren sie, dass Hiroshi seinen Tod vorgetäuscht hat, um seine Forschung zur Hohlen Erde fortzusetzen – einer theoretisierten Ebene unter der Erdkruste, aus der die Titanen stammen. Die Handlung steuert auf eine klimaktische Reise in diese unterirdische Welt zu, wo die Gruppe entdeckt, dass die Zeit dort anders verläuft. Dort finden sie eine schockierende Überlebende: Keiko Miura, die 1959 in die Hohle Erde stürzte und nur wenige Wochen gealtert ist, während an der Oberfläche fast sechs Jahrzehnte vergangen sind. Das Wiedersehen zwischen der nicht gealterten Keiko und ihrem inzwischen betagten Sohn Hiroshi bildet einen emotionalen Kern der Geschichte.

Bei der Flucht aus der Hohlen Erde opfert sich Lee Shaw, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug mit Keiko, Cate und den anderen an die Oberfläche zurückkehren kann. Nach dem Auftauchen stellt die Gruppe jedoch fest, dass die Zeit in der Hohlen Erde, die sich wie Tage anfühlte, zwei Jahre in der Außenwelt entspricht, wodurch die Zeitleiste auf 2017 vorrückt. Sie erfahren auch, dass Kentaro und Hiroshi sich mit Apex Cybernetics verbündet haben, einem mächtigen Unternehmen, das eine zentrale Rolle in künftigen Titanenkonflikten spielen wird. Die Staffel endet auf Kongs Schädelinsel, wo King Kong selbst auftaucht und die Bühne für die eskalierende Konfrontation zwischen Menschheit und Titanen bereitet.

Die zweite Staffel setzt unmittelbar an diesem Moment an, wobei Cate entschlossen ist, Shaw zu retten, der seinen Sturz überlebt hat und im interdimensionalen Raum von Axis Mundi gefangen bleibt. Die Rettungsaktion setzt unbeabsichtigt eine neue, tintenfischartige Kreatur mit der Bezeichnung Titan X in die Welt frei, was ein neues globales Rennen zwischen Monarch und Apex auslöst, um das uralte Wesen entweder einzudämmen oder auszunutzen. Die Staffel beleuchtet weiterhin die komplizierte Vergangenheit zwischen Keiko, Shaw und Bill Randa und enthüllt vergangene Geheimnisse, die bis in die Gegenwart der Familie nachhallen. Neue Charaktere treten in Erscheinung, darunter Isabel, eine überzeugende Geschäftsfrau mit engen Verbindungen zu Apex, während die Serie Vergangenheit und Gegenwart weiter verwebt und die Mythologie des MonsterVerse erweitert.