En 2149, une famille ordinaire se prépare à voyager dans le passé à l'époque préhistorique dans le cadre d'une expérience visant à sauver la race humaine.
La famille Shannon rejoint la dixième expédition de colons à Terra Nova. Jim Shannon, un père dévoué qui était policier à Chicago, guide sa famille à travers ce nouveau monde d'une beauté infinie. Après leur arrivée, les Shannons sont présentés au commandant Nathaniel Taylor, le premier pionnier et chef du camp. Taylor avertit les voyageurs que Terra Nova est un lieu qui offre de nouvelles opportunités et un nouveau départ, mais tout n'est pas aussi idyllique qu'il n'y apparaît. Accompagnant le ciel bleu, les chutes d'eau et la végétation luxuriante, le terrain environnant est rempli de danger dont une colonie connue sous le nom de "Sixers" (les sixièmes, le sixième groupe d'être humains envoyés sur Terra Nova) menée par la combattante Mira qui est violemment opposée à Taylor et son commmandement. La femme de Jim, Elisabeth, intégre l'équipe médicale de Terra Nova. Josh, leur fils de 17 ans, est triste de devoir quitter la vie telle qu'il la connaissait, car il a du laisser sa petite amie en 2149. Néanmoins, lorsqu'il arrive au camp, il se trouve instantanément attiré par Skye. Maddy, la s?ur de 15 ans de Josh, espère que Terra Nova lui donnera une chance de se réinventer. Bien que la formation médicale d'Elisabeth ait permis à la famille d'avoir une place dans la colonie, un secret impliquant leur fille de 5 ans, Zoe, met en danger leur place dans cette nouvelle génèse de la population humaine...
