Lang geleden werd een vogelachtig ras van wezens (de Chozo) technologisch extreem geavanceerd, maar door het toenemende geweld in het universum begonnen ze zich te verstoppen en een eenvoudiger leven te leiden. De planeet Tallon IV was de locatie van een van hun kolonies. Jaren later stortte een meteoor neer op Tallon IV, waardoor het vreemde element Phazon op de planeet terechtkwam. Phazon vergiftigde alles waarmee het in contact kwam, waardoor de planten en dieren stierven of muteerden in een afschuwelijke vorm.
De Chozo probeerden de kracht van Phazon te beheersen, maar dat mislukte. Voordat ze de planeet verlieten, konden ze de inslagkrater bedekken met een tempel en Phazon opsluiten in de kern van de planeet. Nu hebben ruimtepiraten Tallon IV ontdekt, die Phazon gaan bestuderen en zijn kracht gaan benutten. Ze zijn ook begonnen met het herbouwen van hun fort op planeet Zebes en het nieuw leven inblazen van de Mother Brain, Ridley en Kraid, die allemaal werden vernietigd door Samus Aran. Samus heeft de ruimtepiraten echter gevolgd naar Tallon IV en moet nu de planeet betreden om ze eens en voor altijd te vernietigen voordat ze de kans krijgen om hun vernietigende krachten weer op te bouwen…
Metroid Prime is een verandering van de platform-adventuring-serie, die voor het eerst het first-person shooter-genre betreedt. Spelers zitten nu achter Samus Aran’s vizier en moeten al hun middelen gebruiken om de piratenplaag van Tallon IV te onderzoeken. Spelers kunnen Samus’ straal gebruiken, met raket- en ladingsmogelijkheden. Onderweg moeten ze de verloren vaardigheden van de premiejager terugvinden, zoals de morphbal en de grapplestraal, waarmee ze onontdekte gebieden van Tallon IV kunnen bereiken. Spelers moeten het verhaal van de gevallen Chozo in elkaar puzzelen om erachter te komen wat er met de vergiftigde planeet is gebeurd en voorkomen dat de piraten de Phazon gebruiken om overal op de planeten chaos te veroorzaken.