Edinburgh, 1880. Oliver Lindenbrook (James Mason), um dedicado professor de geologia que recentemente se tornou sir, consegue o primeiro passo para uma viagem ao centro da Terra quando Alec McEwen (Pat Boone), seu assistente, lhe leva um pedaço de lava. Examinando a lava cuidadosamente, Lindenbrook encontra uma mensagem de Arne Saknussen, um famoso explorador do passado, que orientava como alcançar o centro da Terra. A viagem começa, descendo em um vulcão na Islândia. A dupla é acompanhada por Carla Goeteberg (Arlene Dahl), viúva do professor Goeteberg (Ivan Triesault), um geólogo renomado que pretendia "ganhar a corrida" mas foi envenenado com cianeto, e por Hans Belker (Peter Ronson), um guia islandês. São seguidos de perto pelo maligno Conde Saknussen (Thayer Saknussen), descendente do explorador, que quer usar as descobertas de Lindenbrook para seu proveito pessoal e político. Porém este não é o único perigo para os exploradores, pois no decorrer de sua viagem o grupo encontrará vários animais pré-históricos.
