在人類還未誕生之前的地球上，一艘鵝卵石造型的飛碟來到地球，它精挑細選了一處河流的上遊，飛船上下來一名高大的白色類人，他開啟一個金屬盒子，裏面有像果凍狀的物質，稍作停留後一飲而盡。隨即他的身體產生變化，白色的皮膚開始變異，黑色的血液逐漸遍布全身，體內的細胞開始溶解，身體也開始腐敗，最終掉入水中。片刻之後細胞又開始重組，隨著河水去到了全球各地
時間到了2089年，科學家肖和他男友查理在蘇格蘭的一處山洞的巖壁上發現一幅壁畫，經過化驗發現，距今至少有三萬五千年。壁畫中人類在跪拜一個巨人生物，巨人指向一個未知的星系，這樣類似的壁畫他們還發現過多處，肖猜測這可能是在暗示人類去尋找他們
於是他們在2093年乘坐一艘名叫普羅米修斯號的科考飛船準備探尋巨人所指向的星球
飛船上一共有17名船員處於休眠狀態，休眠期間飛船的管理由一名叫大衛的生化人負責，大衛會學習、運動、透過電影模仿人類的生活方式，甚至利用神經面罩窺視船員的夢境
經過兩年的飛行，飛船成功抵達了目標星系，大衛開始喚醒所有船員，之後負責人艾娃召集大家開會，大衛開啟全像投影，一個老人出現，他是這次科考任務的投資人，也是韋蘭特集團的創始人：皮特韋蘭特。韋蘭特介紹說當大家看到這段投影時自己已經去世，大衛是他最信任的助手，由於是生化人不會老不會死，但是他缺少人類最重要的靈魂和感情，聽到此處大衛露出了不太自然的微表情，他討厭被人說成是生化人
老人解釋了這次科考目的，是解決他心目中的三個疑問，人類從哪裏來，存在的意義是什麽，死後又會如何。幸好在他生命尾聲碰到了肖和查理，所以委托他們完成自己的遺願
接著查理開始介紹本次科考的相關內容，在地球上的7個地方都發現了遠古壁畫，時間跨度很長，但是壁畫內容都是一個巨人指向同一個星系。後來他們終於找到了壁畫中星系的位置，而且掃描過後發現這顆LV-223的星球有維持生命的基本條件，所以才有了這次的普羅米修斯計劃，他們還把人類的造物主稱作「工程師」
當他們穿過雲層才發現，星球一片死寂，完全沒有生命的跡象
他們選擇在一處有規則建築群的遺跡附近降落，包括肖、查理和大衛在內的幾名成員穿戴好宇航服，乘坐探索車前往
進去之後先釋放了探測器掃描繪制了內部空間結構的三維地圖，同時身上的檢測器也顯示
遺跡
內部的空氣跟地球幾乎一樣，但是PM2.5幾乎為零，於是一部份人嘗試摘掉了頭盔。值得註意的是，遺跡內的空氣是有器材在制造氧氣，並非是星球天然的空氣。雖然這裏的氣溫比較低，零下12度地面上的黑色液體也沒有結冰
他們繼續深入遺跡內部，大衛發現通道墻壁上有字母標誌的按鈕，按下之後空氣中出現了類似熒光粉劑組成的三維影像，幾個巨人貌似在逃命，身後有什麽東西在追他們
當眾人跟隨著影像跑過去，閘門下發現一具屍體，頭被閘門壓斷。意識到可能有危險的地質學家和另外一名隊友選擇先返回飛船。經過對碳元素的檢測發現，屍體已經存在了兩千年了。大衛透過門上的圖文字開啟閘門，裏面像是某種祭祀場所，一個巨型人面石雕像位於大廳正中央，還有門外屍體的頭顱，頭顱保存的新鮮程度像是剛去世沒多久。他們繼續朝裏走 ，土壤下面有生物在蠕動，房頂還有雕塑，地面有序的擺滿了金屬罐，墻上的金屬雕塑像是異形女王
大衛就地研究起了一個金屬罐，裏面的黑色濃稠物質正在扭曲蠕動，初步判斷是一種未知的有機生物。這時，頭頂上的畫也正在消失，他們意識到可能是環境改變導致的，於是趕緊把頭顱密封裝了起來
主體飛船發來危險警告，一場風暴即將到來，風暴攜帶著大量矽土和靜電，他們必須趕快撤離。肖和隊友迅速裝好巨人的頭顱，而大衛悄悄的帶走了一個金屬罐
等他們走出船體，風暴已經很近，他們油門到底朝著主體飛船開去，好在有驚無險，在最後時刻登上了飛船，避免一場災難。但是艦長卻發現少了兩個人，原來地質學家和那名隊友在建築內部迷路了，解救他們也只能等到風暴結束之後
肖準備研究帶回來的巨人頭顱，先將頭顱進行了消毒，然後掃描時發現外殼只是頭盔，頭盔裏面才是巨人的頭顱，在大衛的幫助下他們開啟了外側的頭盔，顯露出了巨人真正的面貌，和人類幾乎相似的長相震驚了在場的所有人。進一步研究下肖發現頭顱表面居然存在新生的細胞組織，然後他們決定刺激一下大腦的藍斑核區域，讓他誤以為自己還活著，助手將一個神經刺激儀器插入巨人的頭顱內，片刻後，巨人的面部開始有了肌肉活動，緊接著雙眼竟然嘗試睜開。不知是刺激過大還是產生的排異反應，頭顱面部表情開始變得猙獰，並且太陽穴區域開始流出黑色液體，意識到情況不妙，他們將頭顱轉移進了防護罩內，隨後頭顱發生了爆炸
肖取出一些巨人頭部組織樣本和人類基因進行比對，發現基因排序竟然跟人類完全匹配，從側面驗證了這些巨人是人類的造物主
大衛悄悄的把今天發生的事情透過神經面罩傳遞給了一個未知的存在，然後拿出金屬罐開始研究，他發現罐子裏的黑水可能含有某種生命，為了驗證猜想他找到了查理，在給他遞酒水的瞬間，將沾有黑水的手指伸進酒水裏，沒有註意到異樣的查理將酒水一飲而盡
酒壯慫人膽，查理跟肖錄制了一段無法播放的影片畫面
鏡頭給到在巨人飛船迷路的兩個人，他們走到了存放金屬罐的房間，黑水裏出現一條不明的白色生物，兩人看它身形只是小小的一只，並沒有意識到危險性，竟然還調戲它，下一秒蠕蟲就纏住了一人的手臂，隨著蠕蟲身體不斷的發力，手臂即將被折斷，隊友見狀切斷了蠕蟲的頭，濺出的體液具有很強的腐蝕性，直接將宇航服的頭盔腐蝕變形，蠕蟲被砍掉的頭以肉眼可見的速度重新生長出來，直接透過手臂上破損的衣服空隙鉆了進去
時間來到第二天，查理洗漱時發現眼睛裏有一條幼蟲在蠕動，機艙廣播發出集合命令前去營救昨天沒回來的兩名隊友，查理就沒顧上身體裏的異樣跟著隊友出發了
當他們再次來到巨人的飛船上，兩名隊友已經死亡了，想要檢視死因時那條蠕蟲從屍體鉆出去跑了，查理這時身體也感覺到不適，於是他們準備返回飛船再做下一步計劃
脫離隊友的大衛來到了一個房間，這裏同樣有大量的金屬罐，在通道的盡頭有一艘圓形的飛船，大衛嘗試按了幾個按鍵，彈出了一段影像，他們本想要利用飛船載著黑水駛向地球但最後又因為某種原因飛船最終沒有成功起飛。影像結束後大衛在休眠艙中發現一個活著的巨人
撤離到飛船口的查理已經被侵蝕的面目全非，艾娃考慮到大家的安全拒絕讓查理進入飛船，而查理也不願連累大家，跟女友告別後就讓艾娃將自己燒死。全程目睹這一切的肖在悲傷中暈了過去
再次蘇醒後肖正躺在醫療台上，大衛說她懷孕了，肚子的孩子已經三個月大了，肖隨即表示不可能，自己昨天晚上才和男友羞羞過。聯系這兩天發生的事情，兩人意識到事情可能沒有這麽簡單。大衛想讓肖進入休眠艙等回到地球再進行研究。但是肖突然疼痛難忍，然後跑到艾娃房間，她要用醫療艙系統對自己進行「刨腹產」，結果從肖的肚子裏掏出來一個有點像章魚的怪物，怪物掙破羊水膜準備攻擊肖，肖見狀離開醫療艙，然後啟動了清除程式，直接殺掉這個小東西
另一邊已經被烤焦皮的查理站了起來，開始在飛船上無差別攻擊隊友，而且免疫普通的武器攻擊，在犧牲掉幾個隊友後，船長及時趕到，用噴火槍將查理燒成了查理灰
肖無意間走入一個房間，卻碰到了說自己已經死掉的老板韋蘭特，原來老板確實已經快要掛了，為了延長生命，他一只處於休眠狀態，直到大衛發現還活著的巨人，於是大衛將他喚醒，老板的真實目的並不是科研，而是要找到人類造物主，他想要延續自己的生命
船長找到肖，想勸他放棄返回地球，肖告訴船長事情的真相，且還有一個巨人活著，只要他們找到大衛口中的巨人，一切謎團都會解開
他們再次進入遺跡，來到還在休眠的巨人處，大衛喚醒了他
巨人醒來後沒有像人類那樣嘔吐，老板立即讓大衛詢問他如何長生不老，肖想要知道為什麽他們先創造人類又淪陷人類，巨人選擇忽視這些問題，然後撫摸著大衛的腦袋，不要以為是親昵的表達友好，突然巨人擰掉了大衛的腦袋，緊接著就是老板被砸扁，其他人見狀紛紛掏出武器射擊，但是都沒有對巨人造成任何傷害，最終只有本身帶傷的猥瑣發育的肖見事不妙逃了出去
巨人並沒有追擊逃跑的肖，而是啟用駕駛艙，展開三維星圖，他準備啟動飛船載著船體內的怪物飛往地球，完成當初淪陷地球的計劃
肖將巨人的目的告訴了船長，他們必須阻止巨人的飛船飛往地球，艾娃見狀卻命令船長馬上撤離，而船長經過思考後做出了決定，他將艾娃的逃生艙彈出去讓艾娃逃命，然後命令手下啟動推進器，卸掉所有負重，快速朝著巨人的飛船撞去，普羅米修斯號立即爆炸，而巨人的飛船在撞擊下也失去動力開始墜落
逃命的艾娃不幸被壓死，最終只有肖一人幸存，來到逃生艙上，她發現從她腹中刨出的怪物並沒有死，這時肖的通話耳麥中傳來了大衛的聲音，大衛只是失去了行動能力，腦袋還是可以用的。他讓肖趕緊離開這裏，巨人並沒有死，就在巨人對肖展開進攻的最後時刻，肖開啟艙門釋放了裏面的怪物，巨人和怪物扭打在了一起，最終巨人被擊敗
肖找到大衛的人頭，這顆星球還有很多巨人的飛船，他可以帶著肖博士一起返回地球，而此時的肖拒絕了大衛的提議，她現在已經不想回地球了，她要去找尋巨人的母親，解開所有謎團，肖和大衛駕駛著飛船離去
巨人的身體裏繁育出一只異形，最後在異形的嘶吼中影片結束
