一项由中国主导的国际科研项目正在马里亚纳海沟深处进行，却突遭未知生物攻击，科研人员被困海底。前美国海军陆战队深海潜水专家乔纳斯·泰勒（杰森·斯坦森饰）受命前往营救，再度遭遇数年前曾在深海给自己留下终身难以磨灭记忆的史前生物巨齿鲨。乔纳斯联手科研项目中的中国女科学家张苏茵（李冰冰饰）成功营救了被困人员，但营救行动却发生了一系列意外，当史前巨兽巨齿鲨逃离深海，众人将面临一场史无前例的灾难危机。