La Tierra. Los inicios de nuestro mundo. En un montaje de apertura, vemos que nuestro primordial planeta es terraformado y bioformado por los aparentemente todopoderosos, semejante a dioses, entidades alienígenas ... Los Ingenieros. Las semillas de la vida fueron introducidas en la Tierra por primera vez por estos fantásticos extraterrestres, que tienen el poder para crear y manipular tanto la materia inerte como la biológica a su antojo. El montaje termina mostrándonos como la primera fórmula genética para la vida es enviada desde la masiva e imponente ciudadela de Los Ingenieros en un oscuro desierto.
El desolado desierto de África: 2085. Las ruinas prehistóricas de la Ciudadela de Los Ingenieros es descubierta por un equipo de construcción corporativa durante la tarea de construir un centro de comunicaciones alimentado por energía nuclear en el desierto. Entre los antiguos restos se encuentran unas muy avanzadas, biomecánicas reliquias las cuales se determinan como de origen extraterrestre. Esto llama la atención del mega-conglomerado Corporación Weyland-Yutani, que financia las excavaciones arqueológicos de la ciudadela, con la esperanza de realizar ingeniería inversa de la biotecnología alienígena hallada para obtener ganancias financieras. Ejecutando la operación está Meredith Vickers (Charlize Theron), una fría y calculadora ejecutiva de la empresa, que contrata a la capacitada e independiente astrofísica Dra. Elizabeth Shaw (Noomi Rapace) para dirigir el equipo de investigación. Ayudando a la Dra. Shaw está el xenoarqueólogo Dr. Theo Zedmore (Guy Pearce) y su compañero astrofísico Dr. Logan (Ben Foster). Shaw descubre el secreto de la ciudadela cuando halla una cámara de mapas celestes, que parecen señalar el camino hacia el planeta natal de los Ingenieros. También se han descubierto evidencias que sugieren que los Ingenieros tenían una base de datos de toda la vida en la Tierra, e incluso que pueden haber sido los responsable de su creación, incluido el hombre.
En un parcialmente sumergido Manhattan, Vickers se reúne con el Dr. Shaw y un O. P. O. (Off-Planet-Officer), el capitán Jeremiah Janek (Idris Elba), y planean una misión espacial siguiendo las cartas estelares descubiertas en un esfuerzo por encontrar y hacer el primer contacto con los Ingenieros. Para los científicos y los exploradores de a bordo, será un viaje de descubrimiento, pero para Vickers es simplemente una forma de obtener nueva tecnología para que Weyland-Yutani puede conservar el liderato en la carrera competitiva para establecer colonias del mundo exterior.
Las profundidades del espacio: 2090. El altamente avanzado, de primerísima línea I. S. R. V. (Nave de Investigación Interestelar) PROMETHEUS se desacelera, ya que llega al sistema solar que es su objetivo. La tripulación del navío sale de sus crio-cámaras. Junto a Elizabeth Shaw, Theo Zedmore, Logan, Vickers, y el capitán Janek, la tripulación del Prometheus está compuesta por: Mudow (Kate thingyie), Primer Oficial; el Oficial de Seguridad Rayden Holloway (Logan Marshall-Green); el Navegante Chance (Emun Elliot); el Oficial Timonel Ravel (Benedict Wong); el androide de Operaciones David 4.0 (Michael Fassbender); el Oficial Político Aldrich (Frank Kelly); el Oficial Médico Francis (Sean Harris); el Ingeniero Yuri (Rafe Spall) y los Oficiales Técnicos Siena (Tal Verkovich), Lettup (James Payton) y Tembrook (Tuppence Middleton). La tripulación se aclimata a su salida del crio-sueño, los músculos están atrofiados tras cinco años sin uso. Holloway asiste a Shaw en sus ejercicios de terapia física.
La tripulación se prepara para la llegada al planeta natal de los Ingenieros. Shaw y Holloway se sienten inmediatamente atraídos el uno por el otro, iniciando una relación romántica. Sin embargo, al entrar en el sistema estelar Zeta 2 , la Prometheus se encuentra con una perturbación masiva que no había aparecido en los escáneres, una aún más poderosa que un agujero negro: un agujero de gusano en el espacio. La Prometheus es absorbida por el agujero de gusano, y después de un viaje terrible, surge en el otro extremo. La nave se estrella en un planeta estéril, que el sistema informático dañado identifica como destino final de la misión.
La tripulación se dispone a intentar reparar la Prometheus, mientras que Elizabeth Shaw lidera una expedición de reconocimiento para investigar las estructuras cercanas, que resultan ser un cavernoso templo de los Ingenieros. Dentro del templo, el equipo de Shaw se encuentra con un extraño "bio-cerebro", un rostro humanoide biomecánico situado dentro de un pilares, así como miles de urnas, aparentemente primitivas. David recoge varias de las urnas para llevarlas a la nave para su análisis.
Durante la investigación de las urnas, David descubre que contienen el material genético de miles de especies dentro de un líquido viscoso llamado "bioformador" que puede volver a escribir cualquier organismo vivo a nivel celular. Básicamente, la posesión de la sustancia confiere a su titular el poder de crear vida. Vickers interactúa con David y de manera aparentemente inocente infecta a David con el bioformador a través de un corte en su dedo.
Dentro de las profundidades del Templo, nos encontramos con varios Ingenieros vivos que descubren la transgresión de los seres humanos, y de forma remota reescriben el "bioformador" robado para convertirlo en un arma. Los Ingenieros capturan a Holloway y ejecutan una serie de terribles experimentos con él, inyectándole el "bioformador" y permitiéndole volver a la nave.
Posteriormente, la tripulación de la Prometheus comienza a ser víctima de la sustancia ahora convertida en arma, pues el "portador", Holloway, inyecta a Ravel, Zedmore, Francis, Siena, Lettup y Tembrook. Las víctimas comienzan a perder su humanidad y transformarse lentamente, experimentando visiones de pesadilla y alucinaciones y peregrinando a las profundidades del templo para recibir las instrucciones de la "Bio-Brain". Holloway, en particular, es resistente a la transformación, luchando contra la influencia alienígena con sus sentimientos por Shaw y sus responsabilidades como oficial de seguridad. Mientras tanto, David encuentra que el "Bioformador" le está transformando en un ser biológico ... haciéndole humano. La tripulación también se da cuenta que su viaje a través del agujero de gusano los ha remontado a cientos de millones de años atrás y que están varados realmente en la Tierra primordial, habiéndose movido a través del espacio y el tiempo.
Finalmente, tan pronto como la influencia alienígena y la acechante presencia constante de los Ingenieros se pone de manifiesto, la tripulación de la Prometheus se vuelven unos contra otros pues las víctimas humanas infectadas mutan por completo en "protoformas": monstruos feroces, esqueléticas monstruosidades alienígenas que proceden a atacar el equipo humano no infectado por los corredores de la Prometheus.
Mudow, Logan, Chance, Aldrich, Yuri, y al final Janek van siendo destruidos por la "protoformas". En una ceremonia extraña, erótica, las "protoformas" aparentemente se aparean con el "Bio-Brain" y entre ellos para crear miles de huevos, los primeros de una nueva generación de los monstruos. Meredith Vickers se revela como un "Constructor" durmiente de los Ingenieros, todavía activo en el futuro lejano y el presente de Shaw, debido a la capacidad de viaje temporal de los agujeros de gusano. Vickers fue cultivado en un laboratorio de los Ingenieros, pero se escapó, huyendo a la Tierra pero siempre queriendo encontrar a sus creadores y tomar su poder. Los Ingenieros activan la programación genética secundaria de Vickers y se transforma en un "protoforma ALPHA": "la bestia estelar".
Por último, los dos miembros restantes de la tripulación, Elizabeth Shaw y David, tratan de hacer frente a los Ingenieros en el Templo. Las entidades semejantes a Dios demuestran ser totalmente malvadas, y David se sacrifica disolviéndose en la sustancia bioformadora, semilla de la vida y receta genética básica para el hombre: David, el antes androide, resulta ser la base para toda la humanidad. Shaw es capturada por Holloway, pero este recupera lo suficiente su humanidad para activar remotamente una nave de los Ingenieros para que aquella escape, conteniendo a las protoformas e Ingenieros en la plataforma de carga. Mientras Shaw escapa, ella se encuentra en medio de la terraformación inicial de la Tierra por los Ingenieros, que habíamos presenciado en el montaje de apertura, siendo perseguida por la que había sido Meredith Vickers, ahora convertida en la gigantesca y horrible "bestia estelar".
Shaw hace despegar su nave de escape a través del agujero de gusano, mientras Holloway lucha contra la "bestia estelar" cayendo ambos en el agujero de gusano y desapareciendo. Un piloto de los Ingenieros despega del Templo en una nave que nos es muy familiar y sigue a Shaw, pero se pierde en el agujero de gusano. Shaw emerge por encima de la Tierra en su propia época, sin embargo, ella es tomada por loca y se le hace responsable de la pérdida de su expedición y se la confina en un hospital psiquiátrico por la Compañía. Se sugiere que hay al menos algunos que creen el relato de Shaw, pero deciden silenciarla como parte de un encubrimiento.
En la escena final, vemos el buque del ingeniero que estaba persiguiendo a Elizabeth Shaw surgiendo del agujero de gusano en el sistema de Zeta 2, aún en el pasado prehistórico, y estrellándose en un planetoide cercano, con el piloto Ingeniero sin poder hacer nada, perdido y los huevos en la bodega de carga del navío con algunas formas vivas moviéndose en su interior...
