《环太平洋》讲述的故事有两个不同的世界体系；一个是距今几十年以后的人类世界，在2012的11月份，有一只类似哥斯拉的巨型怪兽“kaiju”从太平洋底的一处洞穴中冒出，攻击了日本的大阪市，此后数十年间，不断有怪兽从海底冒出，攻击太平洋沿岸城市；另外一个是隐藏在海洋底部的未知世界“The Anteverse“，它位于怪兽出现的洞穴的另一端，通往该世界的入口位于海底5英里的深处。
为了抵御海洋怪兽们越来越频繁的攻击，人类启动了一项名为“贼鸥”（Jaeger）的军事计划，组建了一支配备有最顶尖科技装备的军队对来犯的怪兽进行有效还击。组成“贼鸥”军队的个体是武装到牙齿的巨型“机甲战士”，每个“机甲战士”由两名人类技师操控，装备有厚重的铁甲与最先进的攻击武器。
男主人公是一位名罗利·安特罗伯斯（Raleigh Antrobus）的前“机甲战士”驾驶员，年龄23岁。罗利的哥哥（也是他的副驾驶员）去世以后，罗利就一直挣扎在痛失至亲的悲恸中难以解脱。后来，罗利重新加入了“贼鸥”军队，与他一起搭档驾驶的换成了一位名叫“Mako Mori”的22岁日本女子，也影片的女主人公。由于语言不通，两人在搭档战斗的过程中遭遇了不小的麻烦。此外，影片还有一个身份为记者的重要女性角色，她一直致力于调查报道怪兽袭击事件的真相，努力探索海底未知世界的秘密。