Los criptozoólogos de la agencia Monarch tratan de enfrentrarse a un grupo de enormes monstruos, incluyendo el propio Godzilla. Entre todos intentan resistir a las embestidas de Mothra, Rodan o del último némesis de la humanidad: King Ghidorah. Estas ancianas criaturas harán todo lo posible por sobrevivir, poniendo en riesgo la existencia del ser humano en el planeta.

Hace tres mil años, el caudillo de guerra Yaotl entra en un portal hacia un universo paralelo (ficticio) y se vuelve inmortal, pero sus cuatro generales son convertidos en piedra. El portal también libera 13 monstruos inmortales que destruyen su ejército y a sus enemigos.

En 2028, la Tierra sufre una crisis energética global. Las agencias espaciales del mundo se preparan para probar el acelerador de partículas Shepard a bordo de la estación orbitante Cloverfield, el cual proporcionaría a la Tierra energía infinita, mientras que los teóricos de la conspiración temen que esto cree el "Paradigma Cloverfield", abriendo portales a universos paralelos en la ficción, permitiendo que sus horrores amenacen a la Tierra. Entre la tripulación se encuentra Ava Hamilton, una ingeniera británica que se preocupa por dejar a su esposo Michael potencialmente durante años, ya que su relación ha estado en problemas desde la pérdida de sus hijos en un incendio en su casa. El equipo se completa con el comandante estadounidense Kiel, el físico alemán Ernst Schmidt, el médico brasileño Monk Acosta, el ingeniero irlandés Mundy, el ingeniero ruso Volkov y el ingeniero chino Tam.