Karl og David er på vej på ferie med deres far i et privat fly, da de kommer ind i et voldsomt uvejr, der får flyet til at styrte ned ved Dinotopias kyst. I denne eventyrlige verden, har mennesker og dinosaurer levet side om side i årevis, og de to forskellige racer har skabt en hverdag i gensidig harmoni. De to brødre er målløse over disse menneskekærlige skabninger, men bliver næsten lige så betaget af den smukke Marion, som byder dem velkommen til øen og viser dem rundt. Harmonien er ikke til at finde over hele øen. På den anden side af hovedstaden Waterfall City, lever en kødædende dinosaur race, som konstant er en trussel mod øens balance. Næsten lige så farlig er en gruppe fredløse mennesker, heriblandt Cyrus Crabb en tidligere pirat, der ikke ønsker at indordne sig under øens regler og allerhelst vil flygte fra øen. Men øen har et langt større problem, nemlig energiforsyningen.