Het verhaal begint in het jaar 2149, een tijd waarin al het leven op de planeet Aarde wordt bedreigd door de wereldwijde luchtvervuiling en overpopulatie. In Hope Plaza, een reusachtige ringstructuur in Chicago, ontdekken wetenschappers een scheur in de ruimte-tijd waardoor het voor mensen mogelijk wordt 85 miljoen jaar terug in de tijd te reizen naar de late Krijtperiode van een alternatieve werkelijkheid. Dit geeft de mensheid een tweede kans.

De Shannon familie (vader Jim, zijn vrouw Elisabeth, en drie kinderen Josh, Maddy en Zoe) maken deel uit van de Tiende Pelgrimstocht naar Terra Nova, de eerste kolonisatie van de Aarde aan de andere kant van de tijdscheur. Daar starten ze een nieuw leven tussen dinosauriers en Zessers (Sixers), een afgescheiden groep van Terra Nova.