美国旧金山生物科技公司“基因系统公司”（Gen-Sys）化学家威尔·罗德曼，研制出一种从病毒演变而来、能够治愈阿兹海默症的“ALZ-112号药物”。在一只从非洲捕获的试验用母黑猩猩“亮眼”身上，发现到十几秒内就通过汉诺塔测试的振奋结果。威尔展示实验结果给公司董事会，希望能得到批准以进行人体实验，但亮眼当天突然陷入狂躁，脱离科研助手罗伯·富兰克林的掌控，逃进会议室现场而遭保安枪杀。威尔的上司史蒂芬·雅各布斯下令中止实验并安乐死所有猩猩。富兰克林从笼子里找到刚出生不久的一只幼儿猩猩，由此发现亮眼是以为保不住自己的孩子而情绪不稳。由于下不了手杀害小生命，威尔将幼猩带回家饲养，与威尔罹患阿兹海默症的父亲查尔斯一见投缘，于是根据一本关于凯撒大帝书籍而命名为“凯撒”。
三年下来，威尔居家工作并观察凯撒，发现它从母亲身上遗传到一些药物作用而具高智商及学习能力。由于查尔斯的症状日趋严重，威尔偷带实验药物回家施用于父亲身上，隔天就有惊人的改善。之后，威尔与兽医卡洛琳成婚，一家人每天带凯撒来到红木围绕的穆尔森林公园（英语：Muir Woods National Monument）游玩。五年后，凯撒成长为成年黑猩猩，最终得知自己的身世及母亲之死，从此便将自己封锁在阁楼房间中。而查尔斯因为身体产生对药物的抗体而复发症状，冒犯邻居汉斯克而迫使凯撒跑出去咬伤汉斯克，也因为犯下伤害罪而被关进由约翰和道奇·兰顿父子开办的猩猩管制中心。凯撒在里面受到无情对待，受到一只在马戏团中学过一点人类语言的红毛猩猩“莫瑞斯”的照顾。凯撒渐渐认为主人靠不住后，便偷一把小刀来撬开闸门，透过一只大猩猩“巴克”的协助，凯撒罢免中群体中当老大的猩猩“火箭”并接替领导位置。
威尔在想尽办法救凯撒时，回到公司向雅各布斯汇报自己父亲五年来服药一度痊愈的成果，获得他的授权而重启原来的制药项目，而这次透过强化112号药物配方而研制出改良版：ALZ-113号气体式药物。威尔用一只长相凶悍的倭黑猩猩“库巴”进行实验，库巴在实验期间抽搐而一度打掉富兰克林的防毒面罩，加上气体泄漏而差点酿成大错。威尔将几瓶药带回家决定继续救治父亲，但查尔斯却不想继续疗程而于隔天早上安详逝世。受此影响，威尔辞职离开公司后本想靠贿赂方式将凯撒保释出去，然而凯撒却自行关上笼子门拒绝回家。为了带领所有猩猩回归自由，凯撒趁夜里时偷溜回威尔家偷走他的两瓶113号气体，回去后打开药瓶释出气体灌给所有猩猩。隔天确认好每只猩猩瞳孔都因药物产生发亮的作用后，召集所有猩猩决定于当晚就实施逃亡计划。
富兰克林因为之前的实验感染未完善的113号气体，几天下来开始感到身体不适，跑到威尔家求助时不慎传染给汉斯克。随后，富兰克林被人发现七窍流血死在自家公寓中。凯撒独自留在娱乐场故意与道奇对打，甚至抓住他的手臂大喊一声“不！”，让道奇当场目瞪口呆。由于道奇试图拿起电击棒自保，凯撒捡起一旁的水管喷水使道奇触电致死后，开笼释放所有猩猩，集体从管制中心顶层破窗逃出，兵分两路至基因公司与旧金山动物园中释放其他被关押的猩猩，还将铁栏拆下来后做成长矛当武器。经过在旧金山街道大肆破坏后，凯撒带领族群前往森林公园回归自然，靠分头伏击而击退在金门大桥另一端埋伏的大量警察。然而，雅各布斯试图挽回混乱局面，联合州警搭乘直升机赶到上空对猩猩群用机枪扫射、试图杀死凯撒，巴克以自己当肉盾纵身跳上直升机，使其失控坠毁卡在桥边。
巴克因伤势过重而死，直升机中仅剩雅各布斯幸存，其恳求凯撒救他一命，而凯撒任由库巴将整架直升机连同雅各布斯一起推入桥河中淹没。所有猩猩逃入森林中，威尔还是赶至森林中试图警告凯撒，希望凯撒能和他一起回家作为保护。凯撒拥抱主人威尔，对他说“凯撒已经回家了”，让威尔理解这是告别，最后决定满足凯撒的心愿，目睹凯撒陪伴着他的族群回归森林。事情过后，军方将整件混乱低调处理，身为客机驾驶员的汉斯克正要赶往机场，但一路上因先前被富兰克林感染而同样开始身体不适。他驾驶的飞机顺势将病毒传播至世界各地，从而引发全球大规模瘟疫。