Major Percy Fawcett (Charlie Hunnam) ist ein Mann ohne Orden. Im Jahre 1905 dient der weitgereiste Unteroffizier in einer britischen Kaserne im irischen Cork und leidet insgeheim unter seinen mangelnden Aufstiegschancen, die ihm durch den schlechten Ruf seines trunksüchtigen Vaters verbaut sind. Zu Beginn von James Grays epischem Abenteuerfilm „Die versunkene Stadt Z“ sieht man Fawcett als unerschrockenen Teilnehmer einer gefährlichen Hirschjagd, wie er das flüchtende Tier in einem mutigen Ritt verfolgt, um es schließlich mit einem gezielten Schuss zu erlegen. Der Tod sei die beste Liebe des Lebens, sagt der stolze Schütze, während er das getötete Wild streichelt und die Bewunderung seiner Kameraden entgegennimmt.
Damit ist bereits ein zentrales Motiv des späteren Forschungsreisenden und Entdeckers gesetzt, der das Abenteuer und die Gefahr förmlich sucht, um seine obsessive Suche nach dem Unbekannten voranzutreiben und in der Konfrontation mit dem Tod das Leben intensiver wahrzunehmen. Das Licht des Feuers, das die Dunkelheit erhellt, fungiert dafür als Metapher und rahmt den Film. James Gray nimmt sich aber auch Zeit, um seinen ebenso nachdenklichen wie virilen Helden in seinen sozialen Bezügen zu charakterisieren. Neben seinen Aufstiegswünschen innerhalb einer rigiden Gesellschaftshierarchie gehört dazu vor allem sein von inniger Liebe und einem großen Vertrauen geprägte Verhältnis zu seiner Ehefrau Nina (Sienna Miller). Die Mutter eines kleinen Jungen namens Jack, der im weiteren Verlauf der einen Zeitraum von zwanzig Jahren umspannenden Geschichte noch eine wichtige Rolle spielen wird, ist nämlich nicht nur schön und unabhängig, sondern auch feinsinnig und loyal.
Das ist auch nötig angesichts der Anfeindungen, denen ihr Mann in den folgenden Jahren immer wieder ausgesetzt ist. Im Frühjahr 1906 ist Fawcett nämlich im Auftrag der Royal Geographical Society im bolivianischen Urwald unterwegs, um den unklaren Grenzverlauf zum Nachbarland Bolivien zu kartographieren. Zusammen mit seinem Adjutanten Henry Costin (Robert Pattinson) soll seine Mission aufkeimende Konflikte um das „schwarze Gold“ des Kautschuks befrieden. Doch je tiefer er mit seinen Gefährten in das Dickicht der „grünen Wüste“ des Urwalds vordringt, desto gefährlicher und geheimnisvoller wird der strapaziöse Weg. Bald zehren Hunger und Krankheit an den Kräften der Männer, die, von Indios, Piranhas und Wahnsinn bedroht, auf dem Rio Verde wie auf einem ewigen Strom der Zeitlosigkeit treiben. Als sie schließlich dessen Quelle erreichen, findet die Expedition nicht nur ein glückliches Ende, sondern auch Nahrung für einen Neuanfang. Denn der ehrgeizige Fawcett entdeckt Tonscherben und vermutet in ihnen Reste einer alten, untergegangenen Zivilisation.
„Du entkommst dem Dschungel nicht“, sagt einmal ein indigener Scout zu dem besessenen Entdecker, für den das Suchen immer mehr zum eigentlichen Ziel und damit zu einer spirituellen Daseinsform wird. Denn Percy Fawcett, der nach seiner Rückkehr zunächst als Held gefeiert wird, bricht 1912 und 1925 erneut nach Amazonien auf, um nach der sagenumwobenen Stadt „Z“ zu suchen und um in der gefahrvollen, geradezu existentiellen Erforschung des Unbekannten das Geheimnis und die Schönheit des Lebens zu entdecken. Dazwischen liegen die Schrecken des 1. Weltkrieges, wo Fawcett in der berüchtigten Schlacht an der Somme von Chlorgas schwer verletzt wird sowie ein Vaterglück, das den Abenteurer immer nur in der Ferne erreicht. Diese Abwesenheit inszeniert James Gray in kurzen, assoziativen Flashbacks, in denen die Zeit zur Erinnerung gerinnt. Vom renommierten Bildgestalter Darius Khondji unter erschwerten Bedingungen auf 35mm aufgenommen, akzentuiert Gray in seinem nach wahren Begebenheiten und dem Buch von David Grann entstandenen Film das stoffliche Fließen zwischen den Zeiten und Welten. Schließlich, so bemerkt einmal Fawcett, seien alle Menschen aus dem gleichen Stoff gemacht.