《北京猿人》的故事发生在侵华战争时期。日本人将掠夺来的北京猿人头骨化石秘密运回日本，却在途中遭遇沉船，头骨也随之下落不明，成为一桩疑案。多年以后，这批化石在和平环境下重新被发现并展开研究。日本科学家从中提取DNA残片进行培育，并将胚胎送入太空，希望借助太空粒子辐射促使其发育成熟。然而，搭载北京猿人胚胎的飞船意外失事，坠落在一座海岛上，胚胎却奇迹般成功诞生。
王祖贤饰演的中国女间谍肩负着将北京猿人带回中国的使命，也因此与日本科学家展开了激烈的较量。最终，双方没有真正分出胜负，而是达成共识：北京猿人不属于任何国家，而是属于大自然。于是，猿人一家三口以及一只通过基因技术复制出的猛玛象，最终被放归自然。
