在人类还未诞生之前的地球上，一艘鹅卵石造型的飞碟来到地球，它精挑细选了一处河流的上游，飞船上下来一名高大的白色类人，他打开一个金属盒子，里面有像果冻状的物质，稍作停留后一饮而尽。随即他的身体产生变化，白色的皮肤开始变异，黑色的血液逐渐遍布全身，体内的细胞开始溶解，身体也开始腐败，最终掉入水中。片刻之后细胞又开始重组，随着河水去到了全球各地
时间到了2089年，科学家肖和他男友查理在苏格兰的一处山洞的岩壁上发现一幅壁画，经过化验发现，距今至少有三万五千年。壁画中人类在跪拜一个巨人生物，巨人指向一个未知的星系，这样类似的壁画他们还发现过多处，肖猜测这可能是在暗示人类去寻找他们
于是他们在2093年乘坐一艘名叫普罗米修斯号的科考飞船准备探寻巨人所指向的星球
飞船上一共有17名船员处于休眠状态，休眠期间飞船的管理由一名叫大卫的生化人负责，大卫会学习、运动、通过电影模仿人类的生活方式，甚至利用神经面罩窥视船员的梦境
经过两年的飞行，飞船成功抵达了目标星系，大卫开始唤醒所有船员，之后负责人艾娃召集大家开会，大卫打开全息投影，一个老人出现，他是这次科考任务的投资人，也是维兰德集团的创始人：皮特维兰德。维兰德介绍说当大家看到这段投影时自己已经去世，大卫是他最信任的助手，由于是生化人不会老不会死，但是他缺少人类最重要的灵魂和感情，听到此处大卫露出了不太自然的微表情，他讨厌被人说成是生化人
老人解释了这次科考目的，是解决他心目中的三个疑问，人类从哪里来，存在的意义是什么，死后又会如何。幸好在他生命尾声碰到了肖和查理，所以委托他们完成自己的遗愿
接着查理开始介绍本次科考的相关内容，在地球上的7个地方都发现了远古壁画，时间跨度很长，但是壁画内容都是一个巨人指向同一个星系。后来他们终于找到了壁画中星系的位置，而且扫描过后发现这颗LV-223的星球有维持生命的基本条件，所以才有了这次的普罗米修斯计划，他们还把人类的造物主称作“工程师”
当他们穿过云层才发现，星球一片死寂，完全没有生命的迹象
他们选择在一处有规则建筑群的遗迹附近降落，包括肖、查理和大卫在内的几名成员穿戴好宇航服，乘坐探索车前往
进去之后先释放了探测器扫描绘制了内部空间结构的三维地图，同时身上的检测器也显示遗迹内部的空气跟地球几乎一样，但是PM2.5几乎为零，于是一部分人尝试摘掉了头盔。值得注意的是，遗迹内的空气是有设备在制造氧气，并非是星球天然的空气。虽然这里的气温比较低，零下12度地面上的黑色液体也没有结冰
他们继续深入遗迹内部，大卫发现通道墙壁上有字母标志的按钮，按下之后空气中出现了类似荧光粉剂组成的三维图像，几个巨人貌似在逃命，身后有什么东西在追他们
当众人跟随着影像跑过去，闸门下发现一具尸体，头被闸门压断。意识到可能有危险的地质学家和另外一名队友选择先返回飞船。经过对碳元素的检测发现，尸体已经存在了两千年了。大卫通过门上的图文字打开闸门，里面像是某种祭祀场所，一个巨型人面石雕像位于大厅正中央，还有门外尸体的头颅，头颅保存的新鲜程度像是刚去世没多久。他们继续朝里走，土壤下面有生物在蠕动，房顶还有雕塑，地面有序的摆满了金属罐，墙上的金属雕塑像是异形女王
大卫就地研究起了一个金属罐，里面的黑色浓稠物质正在扭曲蠕动，初步判断是一种未知的有机生物。这时，头顶上的画也正在消失，他们意识到可能是环境改变导致的，于是赶紧把头颅密封装了起来
主体飞船发来危险警告，一场风暴即将到来，风暴携带着大量硅土和静电，他们必须赶快撤离。肖和队友迅速装好巨人的头颅，而大卫悄悄的带走了一个金属罐
等他们走出船体，风暴已经很近，他们油门到底朝着主体飞船开去，好在有惊无险，在最后时刻登上了飞船，避免一场灾难。但是舰长却发现少了两个人，原来地质学家和那名队友在建筑内部迷路了，解救他们也只能等到风暴结束之后
肖准备研究带回来的巨人头颅，先将头颅进行了消毒，然后扫描时发现外壳只是头盔，头盔里面才是巨人的头颅，在大卫的帮助下他们打开了外侧的头盔，显露出了巨人真正的面貌，和人类几乎相似的长相震惊了在场的所有人。进一步研究下肖发现头颅表面居然存在新生的细胞组织，然后他们决定刺激一下大脑的蓝斑核区域，让他误以为自己还活着，助手将一个神经刺激仪器插入巨人的头颅内，片刻后，巨人的面部开始有了肌肉活动，紧接着双眼竟然尝试睁开。不知是刺激过大还是产生的排异反应，头颅面部表情开始变得狰狞，并且太阳穴区域开始流出黑色液体，意识到情况不妙，他们将头颅转移进了防护罩内，随后头颅发生了爆炸
肖取出一些巨人头部组织样本和人类基因进行比对，发现基因排序竟然跟人类完全匹配，从侧面验证了这些巨人是人类的造物主
大卫悄悄的把今天发生的事情通过神经面罩传递给了一个未知的存在，然后拿出金属罐开始研究，他发现罐子里的黑水可能含有某种生命，为了验证猜想他找到了查理，在给他递酒水的瞬间，将沾有黑水的手指伸进酒水里，没有注意到异样的查理将酒水一饮而尽
酒壮怂人胆，查理跟肖录制了一段无法播放的视频画面
镜头给到在巨人飞船迷路的两个人，他们走到了存放金属罐的房间，黑水里出现一条不明的白色生物，两人看它身形只是小小的一只，并没有意识到危险性，竟然还调戏它，下一秒蠕虫就缠住了一人的手臂，随着蠕虫身体不断的发力，手臂即将被折断，队友见状切断了蠕虫的头，溅出的体液具有很强的腐蚀性，直接将宇航服的头盔腐蚀变形，蠕虫被砍掉的头以肉眼可见的速度重新生长出来，直接通过手臂上破损的衣服空隙钻了进去
时间来到第二天，查理洗漱时发现眼睛里有一条幼虫在蠕动，机舱广播发出集合命令前去营救昨天没回来的两名队友，查理就没顾上身体里的异样跟着队友出发了
当他们再次来到巨人的飞船上，两名队友已经死亡了，想要查看死因时那条蠕虫从尸体钻出去跑了，查理这时身体也感觉到不适，于是他们准备返回飞船再做下一步计划
脱离队友的大卫来到了一个房间，这里同样有大量的金属罐，在通道的尽头有一艘圆形的飞船，大卫尝试按了几个按键，弹出了一段影像，他们本想要利用飞船载着黑水驶向地球但最后又因为某种原因飞船最终没有成功起飞。影像结束后大卫在休眠舱中发现一个活着的巨人
撤离到飞船口的查理已经被侵蚀的面目全非，艾娃考虑到大家的安全拒绝让查理进入飞船，而查理也不愿连累大家，跟女友告别后就让艾娃将自己烧死。全程目睹这一切的肖在悲伤中晕了过去
再次苏醒后肖正躺在医疗台上，大卫说她怀孕了，肚子的孩子已经三个月大了，肖随即表示不可能，自己昨天晚上才和男友羞羞过。联系这两天发生的事情，两人意识到事情可能没有这么简单。大卫想让肖进入休眠舱等回到地球再进行研究。但是肖突然疼痛难忍，然后跑到艾娃房间，她要用医疗舱系统对自己进行“刨腹产”，结果从肖的肚子里掏出来一个有点像章鱼的怪物，怪物挣破羊水膜准备攻击肖，肖见状离开医疗舱，然后启动了清除程序，直接杀掉这个小东西
另一边已经被烤焦皮的查理站了起来，开始在飞船上无差别攻击队友，而且免疫普通的武器攻击，在牺牲掉几个队友后，船长及时赶到，用喷火枪将查理烧成了查理灰
肖无意间走入一个房间，却碰到了说自己已经死掉的老板维兰德，原来老板确实已经快要挂了，为了延长生命，他一只处于休眠状态，直到大卫发现还活着的巨人，于是大卫将他唤醒，老板的真实目的并不是科研，而是要找到人类造物主，他想要延续自己的生命
船长找到肖，想劝他放弃返回地球，肖告诉船长事情的真相，且还有一个巨人活着，只要他们找到大卫口中的巨人，一切谜团都会解开
他们再次进入遗迹，来到还在休眠的巨人处，大卫唤醒了他
巨人醒来后没有像人类那样呕吐，老板立即让大卫询问他如何长生不老，肖想要知道为什么他们先创造人类又毁灭人类，巨人选择忽视这些问题，然后抚摸着大卫的脑袋，不要以为是亲昵的表达友好，突然巨人拧掉了大卫的脑袋，紧接着就是老板被砸扁，其他人见状纷纷掏出武器射击，但是都没有对巨人造成任何伤害，最终只有本身带伤的猥琐发育的肖见事不妙逃了出去
巨人并没有追击逃跑的肖，而是激活驾驶舱，展开三维星图，他准备启动飞船载着船体内的怪物飞往地球，完成当初毁灭地球的计划
肖将巨人的目的告诉了船长，他们必须阻止巨人的飞船飞往地球，艾娃见状却命令船长马上撤离，而船长经过思考后做出了决定，他将艾娃的逃生舱弹出去让艾娃逃命，然后命令手下启动推进器，卸掉所有负重，快速朝着巨人的飞船撞去，普罗米修斯号立即爆炸，而巨人的飞船在撞击下也失去动力开始坠落
逃命的艾娃不幸被压死，最终只有肖一人幸存，来到逃生舱上，她发现从她腹中刨出的怪物并没有死，这时肖的通话耳麦中传来了大卫的声音，大卫只是失去了行动能力，脑袋还是可以用的。他让肖赶紧离开这里，巨人并没有死，就在巨人对肖展开进攻的最后时刻，肖打开舱门释放了里面的怪物，巨人和怪物扭打在了一起，最终巨人被击败
肖找到大卫的人头，这颗星球还有很多巨人的飞船，他可以带着肖博士一起返回地球，而此时的肖拒绝了大卫的提议，她现在已经不想回地球了，她要去找寻巨人的母亲，解开所有谜团，肖和大卫驾驶着飞船离去
巨人的身体里繁育出一只异形，最后在异形的嘶吼中影片结束
