De niño, Noé ve cómo su padre, Lamec, es asesinado por un joven rey llamado Tubal-cain. De adulto, Noé vive con su mujer, Naameh, y sus hijos Sem, Cam y Jafet. Es testigo de una flor que crece instantáneamente del suelo y sueña con una gran inundación, por lo que lleva a su familia a consultar con su abuelo Matusalén. En el camino, se encuentran con un grupo de personas recientemente asesinadas y adoptan a la única superviviente, una niña llamada Ila. La niña recibe tratamiento para una herida abdominal, pero Naameh determina que no podrá tener hijos. El grupo es perseguido por los asesinos y escapa a la tierra de los Vigilantes, ángeles caídos que quedaron varados en la Tierra como criaturas de piedra después de descender del Cielo para ayudar a Adán y Eva cuando la pareja fue desterrada del Jardín del Edén.

Matusalén ayuda a Noé a entender sus visiones y le da una semilla del Edén, que planta en las cercanías. Los Vigilantes llegan a la mañana siguiente y, mientras debaten si deben ayudar a Noé a construir su arca, el agua brota del lugar donde Noé plantó la semilla y un bosque maduro surge a su alrededor. Los Vigilantes están convencidos de que Noé está sirviendo al Creador.

Años más tarde, Tubal-cain se da cuenta de que una enorme bandada de pájaros vuela hacia el arca casi terminada y dirige a sus seguidores para que se enfrenten a Noé, quien desafía a Tubal-cain y comenta que la línea de Caín no tiene escapatoria. Cuando los Vigilantes forman un círculo defensivo, Tubal-cain se retira y comienza a construir armas para tomar el arca. Más especies de animales llegan al arca y son sedados con incienso.

Con Ila enamorada de Sem, Noé se dirige a un asentamiento cercano para encontrar esposas para Cam y Jafet, pero, tras presenciar el comportamiento cruel y desvergonzado de los colonos, abandona su esfuerzo, ya que ahora cree que el Creador no quiere que los humanos formen parte del mundo una vez que él y su familia consigan restablecer a los animales tras el diluvio. Devastado por la idea de estar solo toda su vida, Cam huye al bosque. Naameh le ruega a Noé que lo reconsidere y, como no lo hace, acude a Matusalén en busca de ayuda. El anciano cura la infertilidad de Ila, mientras que Cam se hace amigo de un refugiado llamado Na'el.

Cuando empieza a llover, Tubal-cain incita a sus seguidores a asaltar el arca. Noé encuentra a Cam en el bosque, pero deja que Na'el, que está atrapado en una trampa para animales, muera pisoteado. Su familia entra en el arca, excepto Matusalén, que permanece en el bosque y es arrastrado por las aguas. Los Vigilantes detienen al ejército de Tubal-Caín, sacrificándose y ascendiendo de nuevo al cielo. Tubal-cain se cuela en el arca y solicita la ayuda de Cam, aprovechando la ira del muchacho hacia Noé.

Ila descubre que está embarazada y se lo cuenta a Noé. Le ruega a Dios que no le haga matar al niño. Las lluvias cesan, y él le dice a su familia que, si el bebé es una niña, la matará para asegurarse de que el futuro no será corrompido por los humanos.

Nueve meses después, Ila se pone de parto cuando ella y Shem están a punto de abandonar el arca en una balsa. Naameh le ruega a Noé que perdone al niño para que se queden, pero, en cambio, quema la balsa. Jamón interrumpe para decirle a Noé que las bestias están despiertas y se están comiendo unas a otras, lo que es una treta para que Tubal-cain pueda atacar a Noé. Mientras luchan, Ila da a luz a dos niñas y el arca choca con la cima de una montaña. Sem ataca a su padre y Tubal-cain está a punto de golpear a Noé con una roca, pero Cam mata a Tubal-cain con una daga. Noé encuentra a Ila, con la intención de matar a los bebés, pero los perdona porque sólo encuentra amor en su corazón cuando ve a sus nietas.

Al salir del arca, un avergonzado Noé, pensando que ha fallado al Creador, se aísla en una cueva y hace vino para ahogar sus penas. Cam, tras presenciar la indecorosa y desnuda embriaguez de su padre, se marcha para viajar solo. Al reconciliarse con el resto de su familia a instancias de Ila, Noé encarga a su progenie el cuidado del mundo y les dice: "Sed fecundos y multiplicaos y llenad la tierra", tras lo cual son testigos de intensas oleadas de arco iris.