Die Existenz von Promethium wurde 1902 von Bohuslav Brauner, einem tschechischen Chemiker, vorhergesagt. Mehrere Gruppen behaupteten, das Element produziert zu haben, konnten ihre Entdeckungen jedoch nicht bestätigen, da es schwierig war, Promethium von anderen Elementen zu trennen. Der Nachweis der Existenz von Promethium wurde 1944 von Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin und Charles D. Coryell erbracht. Zu beschäftigt mit verteidigungsbezogenen Forschungen im Zweiten Weltkrieg, behaupteten sie ihre Entdeckung erst 1946., Sie entdeckten Promethium bei der Analyse der Nebenprodukte der Uranspaltung, die in einem Kernreaktor in Clinton Laboratories in Oak Ridge, Tennessee, hergestellt wurden. Heute ist Clinton Laboratories als Oak Ridge National Laboratory bekannt.
Promethium wird heute noch aus den Nebenprodukten der Uranspaltung gewonnen. Es kann auch durch Bombardierung von Neodym-146 mit Neutronen hergestellt werden. Neodym-146 wird Neodym-147, wenn es ein Neutron einfängt. Neodym-147 zerfällt mit einer Halbwertszeit von 11 Tagen durch Beta-Zerfall in Promethium-147., Promethium kommt auf der Erde nicht natürlich vor, obwohl es im Spektrum eines Sterns im Sternbild Andromeda nachgewiesen wurde.
Promethiums stabilstes Isotop, Promethium-145, hat eine Halbwertszeit von 17,7 Jahren. Es zerfällt durch Elektroneneinfang in Neodym-145.
Promethium könnte verwendet werden, um eine nuklearbetriebene Batterie herzustellen. Dieser Batterietyp würde die Betateilchen verwenden, die durch den Zerfall von Promethium emittiert werden, um einen Phosphor Licht abgeben zu lassen. Dieses Licht würde dann von einem Gerät ähnlich einer Solarzelle in Strom umgewandelt., Es wird erwartet, dass dieser Batterietyp fünf Jahre lang Strom liefern könnte.