• 7년 전
퍼시 포셋은 영국군 소령으로 뛰어난 군인이었지만 훈장이 없는 것에 대해 어느 정도의 박탈감을 느끼고 있었다. 그러던 그에게 영국 왕립지리학회에서 남아메리카의 지도가 비어있는 곳이 많으니 채우기 위해 탐사를 갈 것을 요청한다.
무공훈장도 받을 수 있는 일인지라 그는 약간 망설였지만 이내 받아들이게 된다. 1905년 잃어버린 도시를 찾는 목적은 아니었지만 퍼시 포셋의 아마존 첫 탐사가 시작된다. 그는 아마존으로 향하는 배에서 그의 부관인 헨리 코스틴과 처음으로 마주한다.

하지만 도착하자마자 영국군 일병 아서 맨리에 의해 당시 검은 황금으로 불릴 정도로 비쌌던 고무 제작 분쟁으로 볼리비아와 브라질의 전쟁이 시작될 징조가 있어 복귀 전보를 받는다. 퍼시 포셋은 이 명령을 거부하고 임무를 완수하겠다는 전보를 보내라고 한 뒤 측량을 시작한다.
그러던 중 노랫소리가 들려 따라가보니 웬 오페라가 진행되고 있었는데 이는 고무 제작으로 인해 많은 돈을 벌어들이며 원주민들을 노예로 부리는 남작이 주최한 것이었다. 퍼시 포셋은 강의 상류로 가야했는데 남작과 함께 있던 사람들은 상류로 떠났던 사람들 중 돌아온 사람이 아무도 없다며 미지의 세계로 갈 것을 대부분 꺼려했다.
퍼시 포셋은 남작에게 도움을 청해 물자를 얻고 원주민을 안내원으로 데려가게 된다. 그들은 열대우림의 기후, 상류 쪽 원주민들의 공격, 병마와 싸우고 견디며마지막 측량까지 성공한다. 하지만 식량이 없어 굶게 되었고 원주민은 황금의 도시 이야기를 하다가 마지막 순간에 도망쳐 버린다. 퍼시 포셋은 미쳐버린 줄 알고 이야기를 무시했으며 그들은 측량 위치 부근의 멧돼지 사냥을 하게 된다. 퍼시 포셋은 멧돼지 사체 근처에서 고대의 것으로 보이는 토기 그릇을 발견하게 되고 그 원주민의 이야기가 거짓이 아니라고 생각하게 된다.

주어진 임무는 완수했으니 그들은 다시 영국으로 돌아가게 되었고 그 공로를 인정받았는데 이미 수년이 지난 지라 자신의 아들인 잭 포셋이 자신을 알아보지 못할 정도였다. 하지만 그는 미지의 문명을 포기하지 못했으며 학회에서 인류의 마지막 찾아야할 역사라며 그 도시를 Z라고 칭한다. 일부 사람들은 엘도라도같은 건 없다며 비아냥거렸지만 포셋의 이야기를 흥미롭게 여긴 제임스 머레이가 그를 지원한다.
퍼시 포셋은 몇 년만에야 가족들에게 돌아왔지만 곧 떠나야하는 것이 마음에 걸리고 다툼도 있었지만 결국 1912년 헨리 코스틴, 아서 맨리, 제임스 머레이를 포함한 동료들과 다시 아마존으로 떠나게 된다. 원주민이나 군인이 아니었던 머레이는 제대로 훈련받지 못해 제대로 하는 것이 없었으며 식량과 짐을 강에 떠내려보내 도움은 커녕 방해만 되었다. 머레이는 원주민과도 어울리는 것을 거부했으며 동료들의 식량까지 먹다 다리를 다쳐 일정을 2주나 밀리게 한다.

결국 다리에 패혈증 증세도 보이고 동료들이 두고 가야한다고 할 때쯤 되어서 마지막 말과 식량을 가지고 머레이를 안전한 곳으로 보낸다. 머레이는 등유를 식량에 쏟았고 먹을 것이 없어 다음 지역으로 이동할 수 없었기 때문에 결국 두 번째 탐사는 실패로 끝난다. 아마존에서 배에 탈 때까지 머레이의 소식은 없었기 때문에 퍼시 포셋은 상처가 악화된 머레이가 죽은 줄 알고 있었으나 놀랍게도 학회에서 다시 그를 마주한다. 하지만 머레이는 포셋이 자신을 버렸다고 그를 고소하겠다고 이야기한다. 퍼시 포셋과 동료들은 머레이 때문에 탐사를 진행하지 못했으며 오히려 자신들 때문에 살아 있는 것 아니냐고 반박한다. 머레이는 계속해서 사과를 요구했고 결국 퍼시 포셋은 학회를 떠나기로 결정한다.

포셋이 집에 돌아왔을 때는 이미 제1차 세계 대전이 시작되었기 때문에 그는 군인의 의무를 다하기 위해 전쟁터로 떠날 채비로 한다. 하지만 이미 자신의 가정에는 신경을 너무 오래 못쓴 탓에 아들인 잭 포셋은 아버지가 싫다며 그에게 서러움을 토해낸다.
퍼시 포셋은 둘째 아들인 브라이언이 태어났을 때도, 딸인 조안이 태어났을 때도 아내인 니나 포셋과 함께하지 못했기 때문에 착잡해한다. 어쩔 수 없이 프랑스의 전쟁터로 왔고 1차 대전의 끔찍한 참호전에 휘말린다.

포셋은 탐사 동료인 헨리 코스틴과 아서 맨리와도 인연으로 함께 전투에 임한다. 참호에서 러시아 점성술사라는 여성이 등장하고 포셋은 그녀에게서 도시 Z를 찾아야만 평안에 들 수 있을 것이라는 이야기를 듣는다. 그는 점성술을 뒤로 하고 참호전의 일부인 일제돌격을 해야 했는데 염소 공격으로 방독면을 꺼내던 도중 맨리가 기관총에 의해 사망하는 것을 보고 충격 받아 권총을 쏘다 포격을 맞고 기절한다.
염소 가스로 인해 그는 시력이 일시적으로 상하게 되었지만 다행히생명엔 지장이 없었다. 포셋은 집으로 돌아와 아들 잭 포셋의 사냥을 함께하던 중 잭이 아마존 탐사를 다시 가는 것이 어떠냐고 제안한다.

미국에서도 퍼시 포셋의 이야기를 듣고는 대규모로 탐사단을 꾸려 탐사를 진행하고 있는 때였다. 퍼시 포셋은 잭과 함께 다시 한 번 탐사를 떠나기로 하고 헨리코스틴에게도 제안해보지만 이제 그는 가족이 있으므로 어렵다며 거절하고 그동안 정리한 탐사노트를 포셋에게 념겨준다. 퍼시 포셋은 미국 연합 신문사와 록펠러 주니어, 그리고 왕립지리학회의 지원을 받아 자원을 마련하였다.
지리학회로 다시 돌아온 포셋은 회중시계를 보여주며 자신이 도시 Z를 발견하면 보내주겠다고 이야기 한다. 이후 1925년 잭과 함께 아마존으로 다시 떠나게 된그는 원주민들의 도움을 받아 더 깊은 곳으로 들어가게 되는데 미국 탐사단의 공격 때문인지 적대적인 원주민들을 만나 붙잡힌다. 그후 원주민 족장이 퍼시와 잭은 기독교인이 아닌것 같으니[4] 그들의 영혼을 집으로 보내주자라는 말을 하면서 즉 사형 선고를 내린다. 잭과 포셋은 밤에 원주민들에게 둘러쌓인 후 알수없는 약을 먹고 포셋은 두려움에 떨고 있는 잭을 위로한다. 시간이 좀 지난후 정신을 슬슬 잃어가는 잭과 포셋을 원주민들이 어디론가 대려가고 포셋은 하늘을 올려다보면서 의식을 잃는다.

그 후 몇 년동안이나 퍼시 포셋과 잭 포셋의 소식은 전해지지 않았으나 니나 포셋이 이미 백 여명이 수색을 했었지만 다시 한 번 학회에 수색대를 부탁하며 브라질에서 왔다는 사람이 전해줬다는 포셋의 회중시계를 보여준다.
하지만 이후로도 퍼시 포셋과 잭 포셋이 어떻게 되었는지는 알 수 없었으며 니나 포셋은 1954년 사망하게 된다. 퍼시 포셋은 백 여년동안 비웃음의 대상이었으나 21세기 초 그동안 발견되지 않았던 문명의 일부분이 아마존에서 발견되었으며 그 중 일부는 도시 Z의 것이라고 보인다는 문구와 함께 영화는 끝난다.