联合国前雇员盖瑞·雷恩（布拉德·皮特饰）是一位幸福的一家之长。费城一个普通的早上，他驾车载着妻子凯伦（米瑞·伊诺丝饰）和两个女儿蕾切尔（阿比盖尔·哈格罗夫饰）、康妮（斯特灵·詹玲思饰）外出，没想到途中却遭到僵尸病毒大爆发。整个城市很快陷落，雷恩一家人侥幸驾车逃到了新泽西州的纽马特。他们藏在一对中东夫妇的公寓里。与此同时，联合国副秘书蒂埃里姆托尼（法纳·莫科纳饰）通过电话找到雷恩，请求他回到联合国执行任务，并派直升机前来解救雷恩一家。中东夫妇落入了僵尸之手，他们的儿子托米和雷恩一家逃到了纽约附近海域一艘美军战舰上的联合国总部。在那里，他得知包括美国总统在内的数名大国首脑均已死亡，丧尸病毒业已蔓延全球。

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为了给家人换来安全的保障，盖瑞答应前往韩国寻找僵尸病毒的"一号感染者"。从驻地美军将领斯佩克(詹姆斯·贝吉·戴尔饰演)的口中，盖瑞得知了僵尸对声音敏感，一点微小的噪音都会把他们唤醒，而唯一能够解决掉僵尸的方法是爆头。盖瑞在调查中发现，一名腿部有残疾的士兵难以解释地逃过了僵尸的攻击。被关在基地里的前cia探员(大卫·摩斯饰演)吸引了盖瑞的注意。他坚称，以色列的摩萨德在僵尸病毒爆发前就在耶路撒冷的城池周围筑起了厚厚的高墙，他们一定事先得到了情报。

在耶路撒冷，盖瑞见到了摩萨德情报机关的长官约根·沃姆布鲁恩(卢迪·波伊肯饰演)，后者声称情报的最初来源是印度。就在这时，僵尸被民众在护城墙边的歌声所吸引，发起了一轮又一轮的进攻，最终越过了城墙，耶路撒冷沦陷在即。在逃跑中，盖瑞注意到僵尸绕过了一位老人和一名骨瘦如柴的男孩，仿佛根本看不见他们。一名美军女兵手臂被僵尸咬伤，盖瑞当机立断砍下了她的手臂，救了她一命。这名坚强的女兵名叫塞根(达妮埃拉·科特兹饰演)。她和盖瑞登上了一架飞离耶路撒冷的飞机，前往位于威尔士卡迪夫的一家世界卫生组织的研究机构。

和僵尸一番搏斗之后，飞机坠毁在威尔士，但盖瑞与塞根保住了性命。他们步行来到了研究机构的门前。三天之后，盖瑞苏醒了过来。通过这些天的观察，他得出了一个结论，那些身患重病、已经感染上某种致命病毒的人会被僵尸所忽略，他们因为虚弱的身体被当做不适合僵尸病毒寄存的宿主。为了试验这一理论，盖瑞向自己注射了致命的病毒。在留下纸条和自己的家人告别之后，盖瑞打开了阻隔在他和僵尸之间的玻璃门。奇迹发生了，他仿佛变成了隐形人一般，僵尸对其视而不见。一种对抗僵尸的解药终于被找到了。育苗很快被发送到世界各地。盖瑞也回到了自己的家人身边，然而在他的内心深知，这场恐怖的僵尸世界大战并没有就此结束，相反它才刚刚开始。