五年前的深海救援行动中，职业潜水员乔纳斯·泰勒（杰森·斯坦森饰）正试图从一艘失事潜艇中救出被困人员。尽管他成功将部分幸存者——包括海勒博士（罗伯特·泰勒饰）——转移到安全区域，但潜艇突然遭到某种神秘生物的猛烈袭击。在生死攸关的瞬间，乔纳斯顶着海勒的强烈反对，做出了抛弃潜艇的残酷决定。就在他们逃离的刹那，整艘潜艇被看不见的巨力撕成碎片。
镜头转向现今的中国沿海，水下科研基地"Mana One"正进行着突破性的深海探索。由张博士（温斯顿·赵饰）和投资人莫里斯（雷恩·威尔逊饰）领导的团队，包括张博士的女儿苏茵（李冰冰饰）、技术专家DJ（佩吉·肯尼迪饰）、机械师麦克（克利夫·柯蒂斯饰）等成员，正操控微型潜艇深入海底峡谷。当科学家们兴奋于发现未知生命迹象时，一道黑影以惊人的速度击穿了潜艇外壳，三名乘员被困在漆黑的海沟中。
面对这场突发危机，团队内部产生激烈分歧。海勒博士坚决反对邀请乔纳斯协助救援，认为他五年前的精神创伤已使其失去判断力。但麦克力排众议，最终说服了犹豫的张博士。当众人找到酗酒度日的乔纳斯时，这个曾经的王牌救援专家正用威士忌逃避过往。在苏茵女儿美英（蔡书雅饰）纯真的目光下，乔纳斯勉强接下了这个可能终结他职业生涯的任务。
救援行动刚展开就遭遇惊变。苏茵擅自驾驶潜水器深入险境，遭遇巨型乌贼袭击时，真正的掠食者终于现身——体长23米的史前巨鲨"巨齿鲨"。这场生死时速的追逐中，乔纳斯用信号弹引开怪物，却不得不目睹日籍工程师牺牲自己换取同伴生机。当鲨鱼锋利的锯齿擦过逃生舱时，所有人终于明白：乔纳斯五年前的噩梦，从来不是幻觉。
随着科研基地的透明防护墙被鲨鱼撞击出蛛网裂痕，影片迎来最震撼的视觉奇观。巨兽黄金般的瞳孔在深蓝海水中闪烁，每一次摆尾都掀起死亡漩涡。当团队用自制毒镖重创较小的巨齿鲨时，真正的恐怖才浮出水面——先前出现的竟是幼体，而它的母亲正在附近海域游弋。在随后的血腥屠杀中，海勒博士用生命赎罪，张教授临终前将女儿托付给乔纳斯，而自负的莫里斯则在鲸鱼尸体上迎来了讽刺性的结局。
最终决战在度假海滩展开。乔纳斯驾驶着焊满钢刺的潜水器，以近乎自杀的方式划开巨鲨腹部；苏茵则利用声波装置将怪物引离游客密集区。当鲨鱼群扑向垂死的史前霸主时，朝阳下相视而笑的两人，与远处获救的小狗皮平，共同构成了对生命韧性的最美诠释。
这场跨越地质年代的狩猎游戏，不仅展现了人类面对远古力量的渺小，更揭示了勇气与救赎的真谛。当最后一片鲨鳍沉入深海，回荡在观众耳边的不仅是心跳声，更是对自然永恒的敬畏。