Bei einem Flugzeugabsturz im Meer werden die getrennt aufgewachsenen Halbbrüder Karl und David von ihrem gemeinsamen Vater getrennt. Sie werden an einer Insel angespült, die sich als Dinotopia entpuppt. Dinotopia ist ein in technischer Hinsicht zurückgebliebenes Stück Land, das von der heutigen Welt völlig unentdeckt geblieben ist, obgleich es mehrere Quadratkilometer groß ist. Die Dinosaurier sind in diesem Teil der Welt noch nicht ausgestorben und besitzen dazu sogar die Fähigkeit zu sprechen. Dinotopias Politik wird getragen von den kommunistischen Grundideen und gibt den Menschen und Dinosauriern, die in ihm in einer Koexistenz leben, die Möglichkeit, in Harmonie miteinander zu leben. Die Energie Dinotopias wird von den hell strahlenden Sonnensteinen gespeist, deren Energie jedoch zur Neige geht. Der Dritte Teil des Films handelt daher von der Suche nach neuen Sonnensteinen.

Die Halbbrüder Karl und David Scott sind mit ihrem Vater Frank im Flugzeug unterwegs, als ein heftiger Sturm aufzieht. Die Maschine hält den starken Böen nicht stand und stürzt ab. Während Frank mit dem Flugzeugwrack in den Fluten versinkt, werden Karl und David an den Strand einer vergessenen Insel gespült, wo sie eine große Überraschung erwartet: Auf dem idyllischen, auf keiner Karte verzeichneten Eiland namens Dinotopia leben Menschen – allesamt Nachfahren von Schiffbrüchigen – und Dinosaurier in friedlicher Eintracht zusammen. Die Brüder sind sofort fasziniert von diesem Paradies, müssen aber schon bald erfahren, dass nur die pflanzenfressenden Dinosaurier friedlich sind – die Fleischfressenden müssen mittels der Sonnensteine unter Kontrolle gehalten werden