Cốt truyện của game lấy bối cảnh vào mùa Giáng Sinh năm 2064 ở Tân-San Francisco, California. Parallax đã tạo ra một dòng sản phẩm mang tên "Relationship and Organizational Managers" (ROM), một dòng robot trợ lý cá nhân đã vượt qua điện thoại thông minh và máy tính. Người chơi vào vai một nhà báo cố gắng truy tìm người bạn bị bắt cóc của họ và kỹ sư làm việc cho hãng Parallax tên Hayden Webber. Họ nhận được sự trợ giúp từ Turing, người máy do Hayden sáng tạo và là cỗ máy có lý trí đầu tiên trên thế giới, một robot tự sửa đổi có thể học hỏi và phát triển về mặt cảm xúc.

Vào sáng sớm ngày 21 tháng 12, Turing (Melissa Hutchison) đột nhập vào căn hộ của nhà báo và cho biết Hayden đã bị những kẻ tấn công không rõ danh tính bắt cóc. Cả hai bắt tay vào cuộc tìm kiếm và được hỗ trợ bởi cư dân địa phương TOMCAT (một hacker và cộng sự của Hayden), Lexi Rivers (trinh sát), và Jess Meas (luật sư). Turing và nhà báo bị hành hung khi khám xét căn hộ của Hayden, và cuối cùng gặp Tiến sĩ Yannick Fairlight (Adam Harrington), người từng là giám đốc điều hành bất mãn của Parallax. Sau khi manh mối đến nhóm hoạt động The Human Revolution không đem lại kết quả, TOMCAT thực hiện một cuộc tìm kiếm trên mạng của Parallax và phát hiện ra cảnh quay camera an ninh được mã hóa cho thấy Hayden bị sát hại.

Turing bị chấn động nhưng tuyên bố sẽ đem lại công lý và vạch trần ai là người phải chịu trách nhiệm. Sau đó, câu chuyện được phân chia tùy thuộc vào người chơi đi theo hướng nào. Trong phần Media, việc giả mạo đáng ngờ trong các bài báo dẫn đến một chuỗi các vụ giết người có liên quan trong ngành báo chí. Trong phần Flower, nhiều thông tin về Hayden được đưa ra bởi Vincent Mensah (Xavier Woods), một kỹ sư Parallax đang chạy trốn khỏi đất nước. Người ta biết rằng việc giả mạo tin tức đều do chương trình Baby Blue giả mạo làm nên, một AI do Parallax tạo ra sẽ cung cấp dữ liệu cá nhân của mọi người dùng thông qua ROM của họ và điều chỉnh kết quả tìm kiếm cho họ. Parallax dự định đóng cửa Baby Blue, nhưng nó đang ẩn trên mạng lưới tích hợp mà tất cả ROM sử dụng, và Vincent tiết lộ rằng một AI lớn hơn và nham hiểm hơn có tên là Big Blue sắp ra mắt vào Ngày Giáng Sinh.

Thay vì can thiệp để chỉ tắt AI, Turing, tay nhà báo và TOMCAT âm mưu tải lên mã nguồn ban đầu của Turing, do Hayden viết và điều chỉnh bởi các quy trình của Turing, kết nối mạng bằng cách sử dụng chương trình Big Blue, về cơ bản là cấp khả năng tự sửa đổi và lý trí cho tất cả các ROM trên toàn thế giới. Trong nhiệm vụ vào trang trại máy chủ của Parallax (được tay nhà báo, Turing, Lexi Rivers, và trợ lý của Tiến sĩ Fairlight là Leon Dekker tiến hành), Dekker hạ gục Lexi và tiết lộ mình là một người máy chiến đấu. Hắn ta cố gắng ngăn chặn kế hoạch của nhân vật chính, để bảo toàn sức mạnh của Big Blue và điều khiển Fairlight trở lại ban quản trị Parallax, nhưng bị Turing giết chết.

Tùy thuộc vào việc người chơi có chiếm được thành công mã nguồn của Turing hay không và tình trạng mối quan hệ của người chơi với Turing, trò chơi chia thành bốn phần kết. Trong phần kết All Good Things, Turing ghi đè thành công Big Blue và tất cả các ROM tải xuống bản vá lỗi vào buổi sáng, đạt được mức độ lý trí tương tự như Turing. Nếu người chơi đạt được kết thúc này, game tiếp tục trở thành một chương kết cuộc hậu trường vô tận có thưởng. Trong phần kết The Sacrifice, cả nhóm hoàn thành cùng một mục tiêu là đem lại lý trí cho tất cả các ROM, nhưng phần cứng của Turing đã bị Dekker làm hỏng quá nặng trong cuộc chiến trước đó và Turing đã chết sau quá trình tải lên. Trong A New Blue, Turing bất bình trước cách đối xử tệ của người chơi và tiết lộ âm mưu của chính họ trước khi tải lên. Thay vào đó, Turing chuyển phức hợp tính cách của họ sang Big Blue, khiến hình dạng vật chất của họ không còn sự sống và tự trao cho mình quyền toàn năng trên mạng, cắt đứt quan hệ với những người mà họ đã liên kết trước đó. Trong Complicity, Turing không tin rằng họ đang làm đúng và sợ chết vì mục tiêu này, hủy bỏ nhiệm vụ vào giây phút cuối cùng và để người chơi sống với TOMCAT.