韋蘭工業總裁彼得韋蘭與他創造的最新型仿生人進行首次對話,其用房間的大衛仿真雕像而將自己命名為「大衛」。精通世界知識並擁有人類情感的大衛,雖然將韋蘭視為父親一般,但當他開口問起關於「誰是人類的造物主」、以及「自己不會像人類一樣老死」時,韋蘭面色便凝重起來。
2104年,普羅米修斯號考察過去十一年,一艘殖民太空船「聖約號」正在航向「奧瑞加六」星球進行地球化殖民任務,船上載有15名船員、2000名殖民者以及1000多個活體胚胎;航行期間由人工智慧電腦「母親」及仿生人「瓦特」處理事務;瓦特是以大衛為藍本而經過系統調整、僅有相同面孔的全新型號。聖約號一日遭遇恆星中微子耀斑衝擊而損壞系統,還造成休眠中的布蘭森艦長、多名殖民者及胚胎喪生,剩餘14名船員被喚醒後分別補救系統,布蘭森之妻丹妮絲緬懷丈夫後加入修復工作。在修復充能帆板時,田納西因意外遠離母艦而收到不明訊息,模糊畫面顯示一名女子哼著經典歌曲《鄉村路帶我回家》。訊息來源於一個距離較近的星球,接任艦長一職的大副奧倫不顧丹妮絲的反對,下令航向該星球調查。
聖約號經過幾星期航程抵達星球,三名駕駛留在船上以外,其他人搭乘登陸艦艇穿過風暴登陸星球,發現環境、資源豐富,逐漸認為此處更適合殖民。一行人跟隨信號走進一艘棄置山頂多年的圓形宇宙船上,在船體裡搜到普羅米修斯號的科學家伊莉莎白蕭的私人物品,同時在駕駛座上發現訊號是蕭遺留的全息投影。奧倫之妻卡瑞妮來到林中採集水源樣本時,她身邊的保全萊德華踩爛地上的腐爛孢子,感染一種黑色病原體後開始吐血、體力不支、臉色蒼白。卡瑞妮緊急將他送回登陸艦的醫療室搶救,但一隻幼年異形生物從萊沃德的背部鑽出來殺死卡瑞妮,而駕駛員法瑞絲過於驚慌失措,不慎打爆油桶而炸毀整架登陸艦。奧倫一行人沒能及時趕回營救,當中的一員哈雷特同樣感染病原體,另一隻相似生物從他口中爬出來襲擊其他人,咬斷瓦特的左手、殺死保全安可,其他人不知如何應對。
十年來留在星球上的大衛發射信號彈嚇跑該生物,帶領其他人至一座堆積大量外星人屍體的遺址中,大衛表示他先前與蕭來到這裡,但蕭於宇宙船的失控墜毀中不幸喪生,病原體樣本同時洩漏殺死該星球的人口。大衛建議他們在屋頂上架設天線與聖約號取得聯繫,而瓦特與大衛交談中說明自己是新型產品,並已去除舊型機種的缺點,唯獨缺乏創造力。異形生物潛入眾人所在的宮殿殺死蘿森塔,大衛走上前與異形生物面對面時被奧倫發現,感覺到危險的奧倫而立即開槍殺死牠。隨後,奧倫要求大衛坦白異形生物相關事情,大衛帶著奧倫到他的研究室,並表示這些生物是他透過改造黑色病原體使其能夠將人體作為宿主並寄生培育成為「新物種」。大衛將奧倫帶入一間孵化室,誘騙他走近其中一個蛋體前,一隻抱臉體跳出緊緊地抱住奧倫的臉,讓一隻異形從奧倫體內孵化且破肚而出。
其他人開始搜尋失蹤的船員,瓦特找到蕭遭人體解剖過後的遺體,大衛坦承當年將蕭用於異形進化的研究,並故意對工程師家園釋放病原體,摧毀他們整個文明。大衛解釋工程師或人類如今都淪為「下等生物」,因此創造出異形生物來消滅牠們。此時大衛突然襲擊瓦特,以利器讓瓦特當機癱瘓。丹妮絲在畫室中得知大衛對蕭做的事情,而大衛來到她面前表示也會「對她做相同的事」,隨即對丹妮絲施暴。但瓦特這時自我修復重啟,丹妮絲往外逃後留下瓦特與大衛搏鬥。洛普遭遇一隻剛孵化的抱臉體襲擊,科爾協助他脫離時,生長成型的異形跳下來殺死科爾。洛普和丹妮絲會合後跑到廣場呼叫駕駛飛行貨機的田納西,而瓦特隨即一同逃出來,陪他們搭上貨機離開回到母艦。此時異形亦出現登上貨機,丹妮絲到貨機外面迎戰牠,最後將牠困入起重機後殺死。
倖存的一行人返回母艦,丹妮絲接替艦長職位,然而洛普因為體內被植入過異形胚胎,導致一隻異形從他體內破肚而出後溜進船上。丹妮絲立即拉響警報,但兩名副駕駛瑞克斯和艾普沃斯沒聽到警報,一同被身後的異形殘殺。丹妮絲與田納西順勢將異形引至地球化大型工具車間,引誘異形至工具車前,隨後開啟艙門、放開固定纜繩將異形推出艦船。事後,僅剩兩人的丹妮絲和田納西繼續任務,而丹妮絲進入休眠艙前,發現面前的瓦特不熟悉她之前講過的「蓋一座湖邊小木屋」的故事,才發現面前的瓦特其實是大衛所假冒,丹妮絲還沒來得及反抗就遭休眠。之後大衛從口中吐出兩個異形胚胎放入胚胎保存室,在航行日誌中謊稱除丹妮絲和田納西以外的所有船員都死於之前的中微子災難,獨自駕駛著聖約號繼續航向目的地……