1999年，一辆卡车秘密运出馆山市，装载着不可知的物体。几天后，哥斯拉在馆山登陆，自卫队紧急迎战，队员家城茜在战斗中意外导致战友死亡，幸存后被调往资料科。日本政府秘密召集科学家，以馆山冲发掘的初代哥斯拉骨骼为基础，耗费四年打造出对抗怪物的终极武器——机械哥斯拉。然而，当茜被选为操作员，机龙首次测试时，哥斯拉突然现身东京湾。机龙迎战，却被哥斯拉的吼声唤醒体内野兽灵魂，失控暴走，在城市中留下毁灭痕迹。科学家试图通过改造DNA计算机压制暴走风险，但新首相五十岚因恐惧迟迟不敢下令出动。哥斯拉再度来袭，东京湾陷入火海，城市化为废墟。面对无法阻挡的毁灭，五十岚终于松口，机龙被空运至品川，茜抱着必死决心，与这头既是武器也是怪物的机器，展开一场生死对决。