文明開化からも取り残され、周囲との交流を避けてきた、古きよき時代の街並みと温泉街のある穂織(ほおり)の町。この町の建実神社には、岩に突き刺さって引き抜く事ができない神刀　叢雨丸(むらさめまる)があった。ある日、母親から穂織の町で旅館を営む祖父の手伝いを頼まれた主人公・有地将臣は、叢雨丸を折ったことが原因で、巫女姫である朝武芳乃と結婚を迫られる。戸惑う彼の前に、叢雨丸に宿る霊である少女・ムラサメや巫女姫に仕えるくノ一である常陸茉子が現れ、この町に隠された真実を知ることになる。
ゴジラの復活（1984年版『ゴジラ』）を契機にガメラを復活させようという試みは1980年代からあり、ガメラ誕生20周年に当たる1985年に合わせようとしたが、1984年版『ゴジラ』の成功が思ったほどではなかったためにあやかれず平成期にずれ込み、平成ゴジラvsシリーズのヒットがガメラ復活のきっかけになったという。監督の金子修介は、大映の要請で監督を快諾したものの、当初の製作予算が5億円（最終的には6億に増額された）という事実に落胆し、ギャグかコメディー映画にすることを覚悟したという。しかし、脚本に伊藤和典、特技監督に樋口真嗣を獲得したことで、「怪獣映画の王道」を作ろうということになった。また、ゴジラシリーズではどうしても実現できなかった、ゼロからのリメイク（ガメラそのものの出現と設定からのやり直し）、自由な作劇が可能となった。それまでの昭和シリーズでは子供向けの展開や演出が目立っていたが、本作では現実世界で実際に起こっている問題や、古代の歴史や伝説とリンクした設定がなされていたり、生物学的な要素が盛り込まれていたりと、従来のシリーズに足りなかったリアリティを徹底して追求した大人向けの演出が全面的に出されており、以後の作品にもこれらの設定が継承される形となっている。昭和ガメラシリーズの第3作『大怪獣空中戦 ガメラ対ギャオス』とタイトルが似通っているが、話の内容は全く異なった展開となっている。舞台としては、1995年の日本を舞台に、五島列島や姫神島で孵化したギャオスと環礁のような姿から目覚めたガメラ、それらを発見した人々や自衛隊との戦いを描いている。続編『ガメラ2 レギオン襲来』（以後、『2』）や『ガメラ3 邪神覚醒』（以後、『3』）とは時系列的につながっている。特に、『3』では本作での出来事が直接的に触れられており、『3』での展開に大きく関係している。また、『3』で起こった出来事の一部を示唆する会話もなされている。撮影にあたり自衛隊へ協力を要請したところ陸と海は承諾したが、航空自衛隊（空自）だけは難色を示した。理由は、「ギャオスとの空中戦でF-15Jが撃墜され、有楽町マリオンに墜落する」という展開に懸念が持たれたためである。幾度かの折衝の結果、このシーンは「戦闘機が出動するが、市街地上空のために交戦できない」というシーンとされ、空自の全面協力を取り付けている。これを踏まえ、今作では意識して「自衛隊に損害が出る」というシーンは極力避けたとされる。そのため、続編の2作品でも戦車が爆発して陸自隊員が吹き飛ぶシーンはあるが、空自の航空機は1機も墜落しないという展開になっている（『3』では怪獣に襲い掛かられるシーンは存在する）。また、三部作の全作品で航空機が墜落するシーンはない（予算の都合上リアリティのある空撮シーンを撮るのは難しいと考えられたため。模型戦闘機が飛び回る安っぽい特撮となるのを嫌った製作者側の意図もあった）。後半の東京におけるガメラとギャオスを交えた攻防戦は、屋外にミニチュアのオープンセットを組んで撮影された。観客動員90万人、配給収入5億2000万円。配給収入目標は10億円だったが、ビデオ化権や放映権を見込んでかろうじて黒字を確保できた製作陣は、ガメラのキャラクターが世間に浸透したと判断し、シリーズ化を決定した。作品自体の評価は非常に高く、世界最古クラスの映画賞としての伝統を持つキネマ旬報ベストテンに怪獣映画として史上初めて選ばれた。多くのカットで人間の目から見た視点で怪獣が撮られているため、完成度は高まっている。当時、ゴジラシリーズの特技監督を務めていた川北紘一も「視点の統一ということを徹底してやっていて、本篇のストーリーも面白くうまくマッチしていた。よくできたと思う」と絶賛している。平成ガメラシリーズの製作には日本テレビも関わっていたため、劇中に同局系列のアナウンサーや報道番組である『ニュースプラス1』や、長崎国際テレビ・福岡放送・静岡第一テレビの番組やスタッフが登場している。長崎国際テレビは、ギャオスが発見された島から中継するリポーターのマイクについた「社名ロゴ」のみ（リポーター役は女優）、福岡放送は古賀之士アナウンサーが福岡ドームからリポートした他、同社が契約使用している取材ヘリが登場するシーン、静岡第一テレビは田辺稔アナウンサーが同社報道スタジオで臨時ニュースを読むシーンへの協力となっていた。1996年7月には『2』の劇場公開に合わせ、『金曜ロードショー』で地上波初放映された。その際、作中の報道番組のシーンはキネコによるオリジナル版ではなく撮影時のVTRソースをダイレクトに使用したものへ変更され、現実の報道番組（公開当時の『ニュースプラス1』用）のセットや出演者による「もし現実に怪獣が現れ、それがテレビニュースで報道されたら」というシミュレーション風の映像となり、リアリティを高めていた。特に、深夜のテレビが固定映像にテロップだけを映し続ける場面など、公開の直前に発生した兵庫県南部地震（阪神・淡路大震災）の報道に酷似した描写が多かったが、実際は地震発生よりかなり前に映画は完成しており、日本テレビの協力のもと「災害報道のリアリティ」にこだわった結果としての現実との一致である。