Après plusieurs missions exemplaires d'exploration et de cartographie en Amérique du Sud pour la Société Royal de Géographie, le Colonel Percy Harrison Fawcett, fort de sa connaissance des peuples et milieux amazoniens, se persuade qu'il existe une cité perdue au coeur de l'immense forêt équatoriale. Une certitude qui se transforme en obsession le jour où il retrouve le carnet d'un ancien conquistador confirmant l'existence de cette fameuse « cité Z ». Cet homme, qui inspira autant Arthur Conan Doyle pour ses romans que Steven Spielberg pour créer Indiana Jones, va dès lors se lancer dans une folle quête, au détriment de ses amis, de son travail et de sa famille. En 1929,  il se lance dans une expédition de la dernière chance avec les deux seules personnes ayant encore accepté de l'accompagner, son fils et le meilleur ami de ce dernier...