1939年、ポーランドのワルシャワ。ヤン（ヨハン・ヘルデンブルグ）とアントニーナ（ジェシカ・チャステイン）の夫妻は、ヨーロッパ最大の規模を誇るワルシャワ動物園を経営していた。アントニーナの日課は、毎朝、園内を自転車で巡り、動物たちに声を掛けること。そして時には、動物たちのお産を手伝うほど献身的な愛を注いでいた。しかしその年の秋、ドイツがポーランドに侵攻。これをきっかけに、第二次世界大戦が勃発する。動物園の存続が危うくなる中、ヤンは“この動物園をユダヤ人たちの隠れ家にする”という驚くべき提案をする。