自然歷史博物館絕不是枯燥乏味的，它的珍藏是驚人的：有眼神猙獰的史前生物、凶猛的古戰士，有早已消失的族裔、非洲叢林的動物，還有歷史上傳奇的英雄人物。這些都被凍結在一個時刻，無論時間怎樣流轉，它們都不會改變。

　　賴瑞(本•斯蒂勒 飾)，一名時運不濟的夢想家，他有很多夢想卻都無法實現。賴瑞相信總有一天他能成就一番驚人事業。當然，這一切只是夢想，現在擺在眼前的是他必須在聖誕節之前找到工作。否則，他的小兒子就將判由前妻撫養。賴瑞不願讓兒子失望，於是在他的努力之下找到了一份工作——紐約自然歷史博物館的夜間警衛。

　　工作的第一個晚上，他拿著一個超大手電筒和一本詳盡的指示手冊，被孤單地留在安靜得詭異、龐大的博物館裡。博物館的老守夜人告訴賴瑞，他的任務就是“確保在晚上沒有任何東西能進出博物館”。賴瑞覺得這個守夜人是老糊塗了，整個博物館除了他一人之外，還有什麼活物呢？

　　等等！那是什麼聲音？讓賴瑞難以置信的是，那些史前生物和只有故事書裡才活蹦亂跳的人物，竟一個一個活起來了！他們包圍著他，而所到之處儘是混亂：暴龍和匈奴人把博物館的大理石牆面搗壞了；獅子和猴子四處覓食，看上了珍貴易碎的展覽物；三寸高的西部牛仔綁架了賴瑞，把他放在模型鐵軌上；印第安勇士朝賴瑞投長矛……賴瑞不知所措，不知道怎樣才能讓博物館回到控制之下。每天晚上這些活過來的模型都要把賴瑞折磨得痛不欲生。而白天，人們都不相信賴瑞描述的事情，認為他精神有問題。

　　賴瑞絞盡腦汁，找來館裡同樣活過來的紀念雕像——美國前總統羅斯福(羅賓•威廉姆斯　飾)，幫他從這個驚魂夜倖存下來。面臨著失去工作、讓兒子再次失望的危險，賴瑞決心一定要打贏這一仗來保住博物館，希望可以成為大膽、充滿冒險精神的老爸。他不正是等這一刻、等重大事情發生等了很久了嗎？現在，機會終於到來了！