Handlinga i filmen er satt til nær framtid. Drakeliknende kjempemonstre kalt (japansk for «mystiske uhyrer») angriper verden fra en dyp forkastningssprekk i Stillehavet som fungerer som en portal til en fremmed dimensjon. Menneskene har konstruert (etter det tyske , «jeger»), kolossale mechaer (menneskestyrte roboter), for å forsvare seg mot uhyrene. Filmen følger særlig to piloter (robotførere), veteranen Raleigh Becket (spilt av Charlie Hunnam) og nykommeren Mako Mori (Rinko Kikuchi), som ved hjelp av en foreldet jaeger-robot forsøker å sette en endelig stopper for monstrenes ekstreme ødeleggelser i byene rundt Stillehavet.