Godzilla: King of the Monsters menghadirkan kembali pertarungan epik antara manusia dan para Titan dengan deretan pemain papan atas, termasuk Kyle Chandler, Vera Farmiga, Millie Bobby Brown, Ken Watanabe, dan Zhang Ziyi, membawa kita menyelami dunia di mana para monster raksasa bukan sekadar legenda. Lima tahun setelah kemunculan monster raksasa yang disebut "Titans", Dr. Emma Russell, seorang paleobiolog dari organisasi Monarch, bersama putrinya Madison, menyaksikan kelahiran larva raksasa bernama Mothra.

Emma menggunakan "Orca", alat yang memancarkan frekuensi untuk menarik atau mengubah perilaku Titan, untuk menenangkan Mothra. Namun, kelompok teroris lingkungan yang dipimpin mantan kolonel Alan Jonah menyerang fasilitas tersebut dan menculik Emma serta Madison, sementara Mothra kabur dan bersembunyi di balik air terjun untuk bertransformasi.

Monarch kemudian memanggil Dr. Mark Russell, mantan suami Emma sekaligus ayah Madison, untuk membantu melacak mereka. Awalnya Mark menolak karena dendam terhadap Godzilla yang ia anggap bertanggung jawab atas kematian putranya, Andrew, di San Francisco. Akhirnya ia setuju, dan tim Monarch mengikuti Godzilla hingga ke Antartika, tempat Jonah berencana membangunkan Titan berkepala tiga yang dinamai "Monster Zero".

Emma membebaskan Monster Zero, yang langsung menunjukkan permusuhan dengan membantai sebagian besar tim Monarch, berperang dengan Godzilla, dan terbang pergi. Ternyata, Emma sengaja bekerja sama dengan para teroris, meyakini bahwa Titan harus dibangunkan untuk menyembuhkan bumi dari kerusakan lingkungan, karena radiasi mereka bisa memulihkan ekosistem.

Dalam rangkaian konflik global, Emma membangunkan Rodan di Meksiko untuk mengalihkan Monster Zero. Godzilla kemudian menyerang Monster Zero dan memutus kepala kirinya, tetapi prototipe senjata militer, Oxygen Destroyer, gagal menghentikan Monster Zero yang kemudian membangunkan Titan lain di seluruh dunia. Rodan yang selamat tunduk pada Monster Zero, sementara Madison kecewa dan menolak ibunya.

Melalui riset, Monarch menyadari Monster Zero adalah King Ghidorah, alien penghancur yang berniat menata ulang Bumi sesuai kehendaknya. Mothra yang sudah dewasa kemudian terbang ke markas Monarch untuk berkomunikasi dengan Godzilla, yang sedang pulih di kota bawah laut radioaktif. Serizawa akhirnya mengorbankan dirinya dengan meledakkan kepala nuklir di dekat Godzilla untuk mempercepat pemulihan, membangkitkan sang raja monster untuk pertempuran terakhir.