Akcja filmu rozgrywa się na początku XX wieku, w Meksyku. Główny bohater filmu, paleontolog Sir Horace Bromley, dowiaduje się o schwytaniu małego konika w zakazanej Dolinie. Wysoko ceniony brytyjski paleontolog stwierdza, że miniaturowy ssak to Eohippus, dawno wymarły przedstawiciel dzisiejszych koni. Bromley wraz ze swoim pomocnikiem wyruszają w podróż do zapomnianej doliny z myślą, iż odnajdą inne pradawne gatunki. Jednak szybko okazuje się, iż nie tylko konie zamieszkują dolinę, ale i inne zapomniane stworzenia.