L'existence du prométhium a d'abord été prédite par Bohuslav Brauner en 1902. Le prométhium a été produit et caractérisé pour la première fois en 1945, à l'Oak Ridge National Laboratory, Tennessee, par Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin et Charles D. Coryell en séparant et analysant les produits de fission de l'uranium irradié dans un réacteur graphite X-10. Cependant, étant trop occupés par les recherches militaires liées à la Seconde Guerre mondiale, ils n'annoncent leur découverte qu'en 1947.
네오디뮴과 사마륨 사이에 있는 원소의 존재는 1902년 체코의 화학자 브라우너에 의해 처음으로 예측되었다. 오크릿지국립연구소에서 마린스키, 글렌데닌, 커리엘에 의해 처음으로 프로메튬이 생산되고 이 원소의 특성이 기술되었다. 이 원소는 흑연 원자로에서 생긴 우라늄 핵 분열 생성물의 분리와 분석을 통하여 생성되었다.