Tras participar en una expedición topográfica de la Royal Society a Bolivia, el soldado Percy Fawcett queda fascinado por la jungla y accede a participar en una expedición más remota, a pesar de alejarle de su mujer, Nina, y sus hijos durante varios años. En la selva amazónica, Percy descubre vestigios de antiguas civilizaciones perdidas, y vuelve a Inglaterra convencido de la existencia de una metrópolis hundida, la misteriosa ciudad de Z. Aunque sus argumentos son ridiculizados por la comunidad científica, Fawcett se embarca en un último viaje a la selva brasileña junto con su hijo Jack para demostrar sus teorías.