Im Jahr 2149 ist die Erde am Ende. Die Bevölkerungsdichte hat extreme Dimensionen erreicht, die Luftqualität sinkt rapide und die meisten Tiere und Pflanzen sind ausgelöscht. Zwar lässt sich der Schaden nicht rückgängig machen, aber als Wissenschaftler ein Raum-Zeit-Portal entdecken, dass Reisen in die prähistorische Kreidezeit ermöglicht, keimt Hoffnung auf. Fortan werden immer wieder Pilgergruppen 85 Millionen Jahre in die Vergangenheit geschickt, um die Erde neu zu besiedeln und diesmal alles besser zu machen. Mit der zehnten "Wallfahrt" erreichen auch die Shannons - Ex-Drogenfahnder Jim (Jason O'Mara), der gerade erst aus dem Gefängnis geflohen ist, seine Ehefrau Elisabeth (Shelley Conn), eine Traumachirurgin, und ihre drei Kinder Josh (Landon Liboiron), Maddy (Naomi Scott) und Zoe (Alana Mansour) - die Kolonie "Terra Nova". Commander Nathaniel Taylor (Stephen Lang), der Anführer und Gründer der Siedlung, warnt die Neuankömmlinge vor den Dinosauriern und den abtrünnigen "Sixers", die unter dem Kommando von Mira (Christine Adams) ihre ganz eigenen Pläne verfolgen. Doch wie die Familie bald erkennt, lauern nicht alle Gefahren außerhalb der schützenden Mauern.