Начальные кадры фильма показывают некую пустынную планету, которую посещает космический корабль инопланетной расы Создателей (англ. Engineers — инженеры, конструкторы). Один из Создателей, оставшись на планете, выпивает некую тёмную жидкость, после чего его тело начинает распадаться вплоть до молекул ДНК. Ритуально принося себя в жертву, Создатель даёт начало новой жизни на планете. Можно увидеть, как после его смерти воссоздаётся новая ДНК и образуются первые живые клетки.
В 2089 году группа археологов, исследуя шотландский остров Скай, находит в пещере наскальные рисунки возрастом более 35 тысяч лет. На пиктограммах изображены люди, поклоняющиеся высоким человекоподобным существам, указывающим на звёзды.
Конец 2093 года. Космическое научно-исследовательское судно «Прометей» в космосе. Находившийся на вахте андроид Дэвид изучает древние языки, учит басню Шлейхера, играет в баскетбол, подсматривает за снами находящихся в анабиозе людей, смотрит свой любимый фильм «Лоуренс Аравийский». После двухлетнего полёта корабль прибывает к пункту назначения. Дэвид выводит экипаж из анабиоза. Руководитель экспедиции Меридит Викерс показывает голографическую запись, на которой уже умерший глава корпорации «Вейланд» Питер Вейланд раскрывает цель экспедиции: по всему земному шару находили очень похожие изображения, которые свидетельствовали о том, что инопланетяне посещали древние земные цивилизации. Археологи Элизабет Шоу и Чарли Холлоуэй смогли доказать Питеру Вейланду, что с помощью указаний на этих изображениях можно определить, из какой звёздной системы прибыли пришельцы. Вейланд решает отправить космическую экспедицию, чтобы встретиться с древними прародителями.
«Прометей» садится на LV-223 — один из естественных спутников планеты — газового гиганта в системе ?2 Сетки (это не тот планетоид (LV-426), на котором разворачиваются события фильмов «Чужой» и «Чужие», но в той же звёздной системе). На поверхности планетоида экипаж обнаруживает ряд древних сооружений искусственного происхождения. К одному из них отправляется группа учёных и обнаруживает внутри различные технические устройства и останки человекоподобных существ. Геолог Файфилд запускает роботов-сканеров, чтобы составить трёхмерную карту помещения. Андроид Дэвид активирует голограмму, которая показывает, как огромные человекоподобные инопланетяне спасаются бегством от какой-то опасности. Файфилд и биолог Милбёрн опасаются встретить то, что заставило инопланетян бежать, и решают вернуться на «Прометей». Оставшиеся учёные находят тело инопланетянина с отрубленной головой. Анализ показывает, что существо умерло около 2000 лет назад. В ходе дальнейшего исследования сооружения учёные нашли помещение, где находилось множество цилиндров. Дэвид обнаруживает, что они выделяют чёрную жидкость органического происхождения.
Неожиданно начинается пыльная буря, и земляне срочно возвращаются на «Прометей», захватив с собой голову инопланетянина. Дэвид втайне от всех берёт один из цилиндров-сосудов. На борту выяснилось, что Файфилд и Милбёрн заблудились и остались в древнем сооружении. Шоу и медик Форд начинают исследовать останки пришельца: оказывается, это не череп, а шлем, который скрывает голову, похожую на человеческую. Кроме того, ДНК пришельца аналогична человеческой. Во время исследования в голове начинают происходить неизвестные биологические процессы, в результате чего она взрывается. Дэвид тайно открывает взятый им сосуд с чёрной жидкостью и добавляет каплю её в напиток Холлоуэя, который после этого идёт к Шоу. Они разговаривают о Создателях, после чего занимаются сексом.
Запущенные ранее мобильные сканеры постепенно воспроизводят структуру сооружения, часть которого оказывается инопланетным космическим кораблём. Изучая его голографическую копию, капитан Джанек замечает, что вблизи от оставшихся в сооружении учёных возникают сигналы, показывающие наличие некой формы органической жизни. Файфилд и Милбёрн решают двигаться в противоположную сторону и попадают в зал с контейнерами-сосудами. Из них уже вытекла жидкость, в которую попали местные черви, быстро мутировавшие в змееподобных существ. Одно из них нападает на Милбёрна и ломает ему руку. Пытаясь освободить коллегу, Файфилд разбивает шлем и падает в лужу тёмной жидкости, а существо проникает в организм биолога. Наутро Холлоуэй, смотрясь в зеркало, замечает у себя симптомы «неизвестной инфекции» — результат мутации организмов-симбионтов (или паразитов). Когда буря стихла, команда отправляется на поиски пропавших коллег. Дэвид отделяется от группы и находит пункт управления космическим кораблём пришельцев, а также выясняет, что инопланетяне направлялись к Земле с больши?м грузом контейнеров с чёрной жидкостью. Также он обнаруживает криокапсулы, в одной из которых в состоянии анабиоза находится живой инопланетянин. Тем временем, команда находит труп Милбёрна. Неожиданно у Холлоуэя резко проявляются симптомы неизвестного заболевания. Команда решает срочно вернуться и эвакуирует его на корабль, но Меридит Викерс, считая, что Холлоуэй представляет опасность для окружающих, запрещает ему подниматься на борт. Сам Чарли, понимая, что является угрозой для остальных, просит убить его, что и делает Викерс, сжигая его из огнемёта.
После обследования Дэвид обнаруживает, что Шоу находится на третьем месяце беременности, хотя такого не могло быть — половая связь с Чарли была всего 10 часов назад, а, кроме того, Шоу бесплодна. Дэвид говорит, что она носит необычный плод, который нужно доставить на Землю и изучить. Сама Шоу настаивает, чтобы плод срочно извлекли из неё. Она прорывается к автоматическому хирургическому модулю, который находится в спасательном модуле начальника экспедиции Меридит Викерс. Шоу программирует на аппарате операцию по извлечению инородного тела. Внутри Шоу оказывается кальмароподобное существо, которое остаётся в зажимах хирургического модуля. Шоу находит на корабле проснувшегося от криосна Питера Вейланда, которого тайно везли в криокапсуле. Одержимый страхом смерти, он жаждет встречи с Создателями, надеясь, что они его вылечат и даруют бессмертие. Тем временем, мутировавший Файфилд нападает на корабль и, прежде чем его уничтожают, убивает нескольких членов экипажа.
Капитан Джанек при разговоре с Шоу высказывает предположение, что на этой планете была военная база Создателей, пока они не утратили контроль над своим биологическим оружием. Вейланд, его люди, Дэвид и Шоу отправляются на инопланетный корабль, где Дэвид рассказывает, что Создатели со своим смертоносным грузом летели на Землю, но катастрофа им помешала. Люди пробуждают оставшегося Создателя от криосна, и Дэвид пытается с ним общаться на праиндоевропейском языке, но Создатель отрывает голову андроиду и убивает Вейланда и его людей. Сбежать удаётся только Элизабет Шоу, пока инопланетянин запускает программу взлёта корабля. В это время Шоу выбирается из инопланетного корабля и предупреждает экипаж «Прометея» о цели инопланетянина.
Викерс приказывает капитану Джанеку, пилотам Ревелю и Ченсу лететь на Землю. Но они решают пожертвовать собой, запускают ионный двигатель и таранят взлетающий инопланетный корабль. Перед столкновением капитан сбрасывает аварийно-спасательный модуль. Меридит Викерс успевает покинуть «Прометей» в аварийной капсуле. В результате столкновения «Прометей» уничтожен, а инопланетный корабль падает, при этом убивая Викерс. Элизабет спасается и добирается до аварийно-спасательного модуля, но на неё нападает Создатель, который выжил при крушении своего корабля. Женщине удаётся подставить его под щупальца извлечённого из неё существа, превратившегося к тому времени в огромное чудовище. После этого Дэвид связывается с ней и сообщает, что на планете есть ещё корабли Создателей, и если Шоу восстановит его, то он поможет ей улететь на Землю. Но Элизабет решает лететь на родину Создателей, чтобы выяснить, почему они создали человечество и зачем хотят его уничтожить.
Последние кадры фильма показывают, как из груди Создателя, побеждённого и зараженного кальмарообразным чудовищем, вылезает существо, похожее на Чужого.
