eksistensen af promethium blev forudsagt af Bohuslav Brauner, en tjekkisk kemiker, i 1902. Flere grupper hævdede at have produceret elementet, men de kunne ikke bekræfte deres opdagelser på grund af vanskeligheden ved at adskille promethium fra andre elementer. Bevis for eksistensen af promethium blev indsamlet af Jacob A. Mariinskij, Lawrence E. Glendenin og Charles D. Coryell i 1944. For travlt med forsvarsrelateret forskning i Anden Verdenskrig hævdede de ikke deres opdagelse før 1946., De opdagede promethium, mens de analyserede biprodukterne af uranfission, der blev produceret i en atomreaktor placeret på Clinton Laboratories i Oak Ridge, Tennessee. I dag er Clinton Laboratories kendt som Oak Ridge National Laboratory.
i dag er promethium stadig genvundet fra biprodukterne af uranfission. Det kan også produceres ved at bombardere neodym-146 med neutroner. Neodym-146 bliver neodym-147, når det fanger en neutron. Neodym-147, med en halveringstid på 11 dage, henfalder til promethium-147 gennem beta henfald., Promethium forekommer ikke naturligt på jorden, selvom det er blevet påvist i spektret af en stjerne i stjernebilledet Andromeda.Promethiums mest stabile isotop, promethium-145, har en halveringstid på 17,7 år. Det henfalder til neodym-145 gennem elektronfangst.
Promethium kunne bruges til at fremstille et atomdrevet batteri. Denne type batteri ville bruge beta-partiklerne, der udsendes af forfaldet af promethium for at få en fosfor til at afgive lys. Dette lys omdannes derefter til elektricitet ved hjælp af en enhed, der ligner en solcelle., Det forventes, at denne type batteri kunne levere strøm i fem år.