Godzilla x Kong membawa kita kembali ke dunia para Titan lima tahun setelah pertempuran epik antara Godzilla dan King Ghidorah. Kong kini berada di bawah pengawasan Monarch dalam kubah raksasa di Skull Island, yang selalu dilanda badai abadi. Jia, gadis muda dan satu-satunya penduduk asli Iwi yang tersisa, datang untuk menemui Kong. Ia tuli dan berkomunikasi lewat bahasa isyarat, membangun ikatan emosional yang mendalam dengan sang Titan. Ilene Andrews, ahli Kong sekaligus pengasuh Jia, khawatir badai akan menghancurkan pulau, namun menolak memindahkan Kong, takut Godzilla akan menyerangnya begitu keluar dari Skull Island.

Di sisi lain, Apex Cybernetics menjadi pusat konflik. Bernie Hayes, mantan pegawai Apex sekaligus host podcast konspirasi Titan, menemukan bukti aktivitas mencurigakan di fasilitas Pensacola. Godzilla tiba-tiba menyerang tempat itu, dan Bernie menemukan alat raksasa yang memancarkan sinyal misterius. Madison Russell, pendengar podcast Bernie, mengajak temannya, Josh Valentine, menyelidiki serangan Godzilla.

Apex CEO Walter Simmons merekrut Nathan Lind, ilmuwan mantan Monarch dan pakar Hollow Earth, untuk memimpin ekspedisi mencari sumber energi di dunia Hollow Earth, rumah para Titan. Dengan bantuan HEAV (Hollow Earth Anti-gravitational Vehicles), kendaraan anti-gravitasi khusus, mereka membawa Kong yang disedasi menuju pintu masuk Hollow Earth di Antartika. Di tengah perjalanan, Godzilla menyerang konvoi, mengalahkan Kong, namun mundur setelah kapal-kapal berpura-pura hancur.

Sementara itu, Bernie, Madison, dan Josh menyelidiki fasilitas bawah tanah Apex dan menemukan Mechagodzilla, robot raksasa yang dikendalikan secara telepati oleh Ren Serizawa, putra Ishirō Serizawa, melalui kepala King Ghidorah yang terputus. Apex berencana memanfaatkan energi Hollow Earth untuk mengatasi keterbatasan daya Mechagodzilla.

Di Hollow Earth, Kong menemukan ekosistem mirip Skull Island dan menemukan sisa-sisa perang kuno antara spesiesnya dan Godzilla, serta kapak bercahaya yang terbuat dari sirip Godzilla. Energi ini kemudian dikirim sinyalnya kembali ke markas Apex di Hong Kong. Terpancing oleh aktivasi Mechagodzilla, Godzilla datang ke Hong Kong dan menghancurkan jalan dengan napas atomiknya. Kong, Andrews, Jia, dan Lind ikut ke Hong Kong untuk pertempuran final melawan Godzilla. Dalam duel sengit, Godzilla keluar sebagai pemenang, sementara Kong jatuh dalam kondisi bradikardia.