Bộ phim mở đầu với hình ảnh một chiếc tàu vũ trụ rời khỏi một hành tinh, một sinh vật như người ngoài hành tinh nhưng giống người uống một chất lỏng hơi sệt sệt và bị tan biến theo. Cơ thể của người ngoài hành tinh rơi xuống ngọn thác và DNA hòa lẫn với nước.

Năm 2089, nhà khảo cổ học Elizabeth Shaw và Charlie Holloway phát hiện một di tích khảo cổ là một tấm bản đồ thiên văn học ở Scotland đặc biệt trùng khớp với nhiều di chỉ khảo cổ khác đã được tìm thấy trước đó. Cả hai cùng nhau nghiên cứu và kết luận đây là một chỉ dẫn tới từ những người đã tạo ra loài người, hay còn được gọi là "Engineers". Peter Weyland là chủ tịch của tập đoàn Weyland đã tài trợ chuyến thám hiểm này và con tàu được đặt tên là Prometheus đi theo bản đồ thiên văn học tới một hành tinh tên LV-223. Cả đoàn thám hiểm được đặt vào chế độ ngủ đông trong khi người máy tên là David điều khiển toàn bộ chuyến hành trình trong thời gian ngủ đông. Cuối cùng, tàu thám hiểm cũng tới được hành tinh LV-223 vào tháng 12 năm 2093, người quản lý toàn bộ chuyến thám hiểm là Meredith Vickers đã yêu cầu tìm kiếm "Engineers" và không được tiếp xúc với vật thể nào mà không có sự cho phép của cô vì lý do an toàn.

Tàu Prometheus hạ cánh xuống một đồng bằng rộng lớn nhân tạo. Khi vào sâu bên trong, họ phát hiện ra nhiều khối trụ bằng đá, cùng với bức tượng đầu người to một cách bất thường, và một xác chết không đầu của một sinh vật được xem là "Engineer"; sau đó, nhà khảo cổ Shaw đã thu thập đầu của xác chết đó,bị cắt đôi và mắc kẹt bên kia cánh cửa sụp. Đoàn cũng tìm được thêm nhiều xác chết và kết luận rằng có thể họ đã bị diệt vong. Hai thành viên của đoàn là Millburn và Fifield cảm thấy không ổn với những gì họ mới tìm thấy được cho nên cả hai đã đi trước,nhưng sau đó bị lạc.Chuyến thám hiểm bị rút ngắn hơn so với kế hoạch ban đầu do một cơn bão vũ trụ đang trên đường ập tới. David bí mật thu thập mẫu vật là một trong nhiều khối trụ chảy ra nhiều chất lỏng màu đen sền sệt trong căn phòng họ vừa phát hiện. Trong phòng thí nghiệm, DNA thu được từ chiếc đầu được cho là trùng khớp với DNA của con người. Trong khi đó, David nghiên cứu khối trụ vừa tìm thấy được cùng với vài chai đựng chất lỏng bên trong. David chuốc chất lỏng đó vào ly rượu của Holloway. Không lâu sau đó, Shaw và Holloway có quan hệ với nhau.

Bên trong khối kiến trúc nhân tạo, một sinh vật giống rắn giết Millburn và thải ra khí độc làm tan chảy nón bảo hiểm của Fifield. Fifield té ụp mặt vào vũng nước đen đặt sệt. Khi đoàn thám hiểm quay trở lại bên trong, họ tìm thấy xác của Millburn. Còn David thì một mình phát hiện một căn phòng có một Engineers đang ngủ đông, và một bản đồ 3D chỉ đường tới Trái Đất. Trong khi đó, Holloway trở bệnh nặng và được đưa về tàu nhanh chóng nhưng Vickets từ chối để cho anh lên tàu, sau đó cô đã thiêu đốt anh vì lý do an toàn. Sau đó, Shaw phát hiện đang mang thai mặc dù trước đó đã không còn khả năng mang thai. Vì quá sợ hãi, cô đã sử dụng buồng phẫu thuật tự động để phẫu thuật loại bỏ một sinh vật giống con mực từ bụng của mình. Shaw phát hiện Chủ tịch của Weyland cũng đã ngủ động trong một thời gian dài trên tàu Prometheus. Ông tiết lộ là ông muốn hỏi những Engineers cách để trường sinh bất tử.

Fifield bị đột biến quay lại tàu Promethus và giết một số người trong đoàn trước khi bị giết chết. Thuyền trưởng của tàu là Janek cho rằng khối kiến trúc này là căn cứ quân sự của những Engineers không may bị diệt vong và sơ tán bởi vũ khí sinh học là chất lỏng màu đen sền sệt được tìm thấy khắp mọi nơi. Anh cũng khẳng định rằng khối kiến trúc đó thật sự là một con tàu vũ trụ. Weyland và nhóm tiến vào bên trong cùng với Shaw. David đánh thức Engineer khỏi trạng thái ngủ đông và cố gắng giải thích mong muốn của Weyland. Engineer hồi đáp bằng việc xé nát đầu David và giết Weyland cùng hậu cận của ông trước khi khởi động lại con tàu. Shaw trốn thoát được và thông báo cho Janek về việc Engineer sẽ điều khiển tàu tiến tới Trái Đất để rải chất độc màu đen. Janek cùng phi hành đoàn hy sinh bằng việc tự đâm tàu Prometheus để dừng tàu vũ trụ của Engineer, cũng như giải phóng tàu cứu sinh cho Shaw còn Vickers thì thoát nạn do đã ẩn nấu trong buồng thoát hiểm. Tuy nhiên Vickers lại bị nghiền nát bởi tàu vũ trụ hư hỏng của Engineer đâm sầm xuống mặt đất. Shaw đi tới tàu cứu sinh phát hiện sinh vật cô vừa loại ra khỏi bụng mình đã lớn hơn rất nhiều. Cái đầu còn hoạt động của David cảnh báo Shaw về việc Engineer đang truy sát cô, hắn mở tàu cứu sinh và tấn công Shaw tuy nhiên cô đã giải phóng sinh vật ngoài hành tinh để tấn công Engineer bằng cách quấn đầu và chui vào cơ thể. Shaw và David cùng với sự giúp đỡ đã khởi động lại tàu vũ trụ của Engineer để bay về hành tinh của Engineer với hi vọng tìm hiểu vì sao họ lại muốn tiêu diệt loài người.