Il y a longtemps, une race de créatures ressemblant à des oiseaux (appelée les Chozo) est devenue extrêmement avancée technologiquement, mais en raison de la violence croissante dans l'univers, elle a commencé à se cacher et à vivre une vie plus simple. La planète Tallon IV était le site d'une de leurs colonies. Des années plus tard, un météore s'est écrasé sur Tallon IV, libérant l'étrange élément Phazon dans la planète. Le phazon empoisonnait tout ce avec quoi il entrait en contact, provoquant la mort de la flore et de la faune ou leur mutation en une forme hideuse.

Les Chozo ont essayé de contrôler le pouvoir du Phazon mais ont échoué. Avant d'abandonner la planète, ils ont réussi à recouvrir le cratère d'impact avec un temple et à sceller le Phazon dans le noyau de la planète. Aujourd'hui, les pirates de l'espace ont découvert Tallon IV et se sont installés pour étudier le Phazon et exploiter sa puissance. Ils ont également commencé à reconstruire leur forteresse sur la planète Zebes et à faire revivre Mother Brain, Ridley et Kraid, qui ont tous été détruits par Samus Aran. Cependant, Samus a suivi les pirates de l'espace jusqu'à Tallon IV et doit maintenant pénétrer sur la planète pour les détruire une fois pour toutes avant qu'ils n'aient une chance de reconstruire leurs forces destructrices...

Metroid Prime est un changement par rapport à la série, en entrant pour la première fois dans le genre du tir à la première personne. Les joueurs sont désormais derrière le viseur de Samus Aran et doivent utiliser toutes leurs ressources pour enquêter sur l'infestation de pirates de Tallon IV. Les joueurs peuvent utiliser le rayon de Samus, avec des capacités de missiles et de charges. En cours de route, ils doivent récupérer les capacités perdues du chasseur de primes comme la boule de morphing et le faisceau du grappin, qui leur permettent d'atteindre des zones inexplorées de Tallon IV. Les joueurs doivent reconstituer l'histoire des Chozo pour comprendre ce qui est arrivé à la planète empoisonnée et empêcher les pirates d'utiliser le Phazon pour faire des ravages sur les planètes.