很久以前地球上没有人类的存在。只有一个被同类驱逐到地球的白色巨人生物忍受不了孤独，服用黑水而死。谁知道这个黑水在毒死他的同时，还能把他全身的基因重新合成另一个基因。(莎士比亚，莎士比亚。)(孤独。)
随着时间慢慢流逝，这个新基因在不断成长完善，最终演化出人类。到了21世纪末，人类的科技水平很发达，宇宙航行不再是梦。考古学家伊丽莎白和查理博士在一次旅行大探险中，在洞穴里发现了一些地球古文明，认为这是“造物主”给人类留下的信息。为此，都是考古学家的两个人在公司的赞助下登上“普罗米修斯”号飞船，寻找人类的起源真相。
在飞船上除了夫妻档考古学家，也有各个领域的专家以及训练有素的飞行员，还有维兰德公司的千金维克斯。太空旅途非常漫长，他们为了降低消耗在抵达目的地之前，靠在睡眠舱中休眠来度过。而唯一在醒着的就是维兰德公司的机器人——大卫，他的职责就是检查飞船和船员状态。不知不觉到了2093年，飞船即将抵达到目标星球。大卫叫醒了沉睡许久的队友们，总算调整好状态之后的他们从飞船的底下出发探路搜索，一个看起来很不寻常的山洞引起人类的注意。
进入洞里探索后，发现了一个早已经变成尸体的无头外星生物，他们觉得这就是造物主的真身。地质、生物学家由于胆小决定提前撤退打算回飞船。大卫激活石门机关，石门打开了，进去后的他们发现了被门辗掉的头颅和很多黑罐。正想细细研究时，洞外面忽然刮起飙风，慌乱中伊丽莎白带上外星生物头颅，大卫也静悄悄顺走装有黑水的罐子，成功返回飞船。就在这时，大家发现临阵脱逃的地质、生物学家因为迷路没有及时回到飞船上。
一边是伊丽莎白迫不及待提取外星生物头颅上的基因，意外发现和人类基因是吻合的，另一边大卫看着手中的黑水想知道到底有何奥妙，于是递给查理一杯带有黑水的酒。不知真相的查理在喝完酒后，抑制不住兴奋找到伊丽莎白，探讨人类起源并进行一次亲密接触。两个迷路的科学家在洞里兜转一圈后，在这里发现了蛇形怪物，原来是之前地上蚯蚓大小的生物由于触碰到黑水变异出来的。生物学家没多想就伸手触摸，结果蛇形怪物顺着他手臂很快溜入太空服钻进他肚子里给杀死了，地质学家也因被怪物喷发的血液腐蚀到脸上而死掉。
为了寻找两个科学家的尸体，他们再次组成搜索小队全员出动，而大卫则独自一人行动，在另一个洞穴里发现大量的飞船设备以及一名处于休眠状态的白色巨人生物。就在这时，倒霉的查理身体发生了奇怪变化，变异成丧尸后就被维克斯用喷火器烧死。查理的死让伊丽莎白崩溃而昏过去，醒来后发现自己因为和查理有亲密关系而被隔离起来，明明不孕的她被大卫告知怀孕有三个月。伊丽莎白感到事态不妙，立刻去手术舱自行剖腹将怪物取了出来，并把它关在手术室中。虚弱得不行的她无意闯进医疗室，发现寻找造物主计划的大BOSS并没有死，原来星球航行目标不是找造物主，而是寻找长生不老的办法。
尽管伊丽莎白等一行人再三劝告不要下飞船，BOSS还是坚持去见那个所谓的造物主。一切准备就绪，他们跟随着大卫来到神秘山洞，见到白色巨人生物后并通过大卫的翻译向他讲述长生不老的诉求，没想到他很讨厌人类，仗着巨大身型的优势将大卫和除了伊丽莎白之外的一行人都给消灭。随后启动一艘飞碟准备奔向地球毁灭全人类。原来那些黑水是人类的造物主发明的生物武器药水用来对付人类，看着偶然性诞生下来的人类不断强大而感到压力，于是想要消灭全人类。然而发明的黑药水却感染了自己人，衍生出怪物——异形。
了解一切真相后的伊丽莎白，为了阻拦造物主将黑药水带到地球毁灭全人类，一路狂奔把阴谋告诉了船长，深明大义的船长和船员们立做出重要决定，牺牲自己拯救全人类。就这样，人类的飞船撞向了造物主的飞碟，飞碟也伴着火光四射下重重的坠在地面。伊丽莎白以为一切都已经结束，没想到造物主没有死，还过来要杀死她。在慌乱中的她看到那个手术室里之前产下的怪物，就在造物主靠近手术室门口时，她抓住时机打开了机关，放出怪物将造物主杀得片甲不留，趁着一片混论中伊丽莎白成功逃脱。
正当伊丽莎白以为这个星球只有她一人时，她听到了大卫的声音，原来飞碟不止一个，只要她愿意把大卫修好，他就可以带她启动飞碟去拜访造物主的母星。经过短短准备后，二人重新踏上了星球航程。然而，那个被怪物杀死的造物主体内衍生出一种全新的怪物，新的危机即将到来。
最后，故事中的飞船被命名为普罗米修斯号很有意味，在希腊神话中，普罗米修斯是人类的造物主，更是为人类盗火的天神。火是带给了人类创造一切的能力象征，同时意味着灾难死亡。影片中的人类造物主的悲剧就是其中之一，尽管拥有生物创造的高级技术。而人类也最终难以逃脱自我毁灭的结局，异形第四部的异形灭绝就是这样的结尾，像是在暗示不管是哪一种生命的存在，都要报以敬畏之心。
在里面重点的是信仰探讨，最初人类探索后发现原来造物主是另一个星球上的太空骑师，于是伊丽莎白收起十字架，因为她明白了人类一直所信仰的上帝就是太空骑师。然而太空骑师却要将他们屠杀个干净。伊丽莎白又拿回十字架，因为在人类的信仰中，上帝是不会对自己创造的生命这般残忍。所以她觉得既然是太空骑师创造了人类，那么太空骑师又是谁创造的，如此一个无穷循环的问题，对渺小的人类来说是还有很长很长一段路要走的，所以信仰或许并不代表一个人或者一个物种，而是一种向善的寄托。
