En 2149, la vie sur la planète Terre est menacée d'extinction à cause de la pollution rendant l'air irrespirable. La végétation a presque complètement disparu.
Au hasard d'une expérience, des scientifiques créent une porte spatio-temporelle reliée à 85 millions d'années en arrière à la fin du Crétacé, mais dans une chronologie alternative (évitant ainsi les paradoxes temporels), donnant une chance de survie à l'humanité.
La famille Shannon (le père Jim, sa femme Elisabeth et leurs enfants Josh, Maddy et Zoé) rejoignent la dixième expédition de colons vers Terra Nova, la première colonie humaine de l'autre côté du passage. Une nouvelle vie commence pour les Shannon. Ils devront affronter toutes sortes de problèmes dont les plus dangereux ne sont pas forcément les dinosaures et en comptant avec les « classes Six », un groupe dissident de colons du sixième pèlerinage…
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