《環太平洋》是發生在兩個世界（平行宇宙）中的故事：其中一個另類宇宙是近未來的地球，在這個世界裡，2012年11月發生了一件重大事件——第一隻kaiju（一種類似與酷斯拉的巨型怪獸）由太平洋海底的一個洞穴中出現，接著攻擊了人類城市。影片講述的是這個事件發生十多年後的事情。另外一個宇宙叫做“The Anteverse”，位於怪獸出現的洞穴的另一端，在我們這個世界的海底再下面5英里的地方。
自從2012年遭受到巨型怪獸的第一次攻擊後，此後數十年間，不斷有怪獸從海底的未知世界冒出，攻擊洛杉磯等太平洋沿岸城市。怪獸的數量和種類越來越多，攻擊次數也越來越頻繁，破壞程度越來越嚴重，人類世界始終籠罩在死亡與恐懼的陰影下。為了抵禦海洋怪獸們越來越頻繁、破壞性越來越大的攻擊，人類啟動了一項名為“賊鷗”（Jaeger）的軍事計劃，組建了一支配備有最頂尖科技裝備的軍隊對來犯的怪獸進行有效還擊。組成“賊鷗”軍隊的個體是武裝到牙齒的巨型“機甲戰士”，每個“機甲戰士”由兩名人類技師操控，裝備有厚重的鐵甲與最先進的攻擊武器。
男主人公是一位名羅利·安特羅伯斯（Raleigh Antrobus）的前“機甲戰士”駕駛員，年齡23歲。羅利的哥哥（也是他的副駕駛員）去世以後，羅利就一直掙扎在痛失至親的悲慟中難以解脫。後來，羅利重新加入了“賊鷗”軍隊，與他一起搭檔駕駛的換成了一位名叫“Mako Mori”的22歲日本女子，也就是影片的女主人公。由於語言不通，兩人在搭檔戰鬥的過程中遭遇了不小的麻煩。此外，影片還有一個身份為記者的重要女性角色，她一直致力於調查報導怪獸襲擊事件的真相，努力探索海底未知世界的秘密。