Der Film beruht auf wahren Begebenheiten und schildert eine Geschichte in der Endphase des Zweiten Weltkriegs. Als der Verlorene Zug wird der letzte von drei Zügen bezeichnet, mit denen Häftlinge vom Konzentrationslager Bergen-Belsen abtransportiert wurden, als sich britische Truppen dem Lager näherten.

Zwischen dem 6. und 11. April 1945 wurden etwa 6800 Häftlinge, die von der SS als „Austauschjuden“ bezeichnet wurden, abtransportiert. Ziel dieser Züge war das Konzentrationslager Theresienstadt. Der letzte dieser drei Züge mit 2400 Häftlingen hielt nach einer Irrfahrt durch Deutschland auf offener Strecke nahe der brandenburgischen Gemeinde Tröbitz.

Truppen der Roten Armee fanden den Zug und befreiten die Häftlinge. Etwa 200 wahren während der Fahrt gestorben. 320 Menschen starben später an den Folgen einer Epidemie.