Główną bohaterką gry jest Chell. Pewnego dnia budzi się ona w komorze relaksacyjnej kompleksu badawczego Aperture Science Enrichment Center. Niedługo po obudzeniu się Chell, dowiadujemy się od GLaDOS (sztucznej inteligencji sterującej kompleksem), że ma ona zadanie przebyć serię testów z wykorzystaniem pewnego wynalazku. Urządzenie to tworzy portale, łączące dwa miejsca w przestrzeni trójwymiarowej. Aby przeżyć, Chell będzie musiała wykazać się zręcznością i umiejętnością logicznego myślenia przy rozwiązywaniu zagadek przygotowanych przez GLaDOS.