Half-Life: Alyx diễn ra năm năm trước các sự kiện của Half-Life 2.[11] Trái Đất đã bị đánh bại bởi người ngoài hành tinh, những kẻ này đã thực hiện một trạng thái cảnh sát tàn bạo. Ở Thành phố 17, Alyx Vance(Ozioma Akagha) và cha cô là tiến sĩ Eli Vance, cả hai đều là thành viên của một phong trào kháng chiến của con người. Trong lúc đang đánh cắp tài nguyên của Combine, họ bị chúng bắt giữ, một thành viên trong băng kháng chiến có tên Russell(Rhys Darby) đã giải cứu Alyx và cảnh báo cho cô rằng Eli sẽ bị đưa đến Nova Prospekt để tra hỏi.[12] Để chặn chuyến tàu chở cha mình, Alyx đã mạo hiểm tới nơi có tên là Quarantine Zone(tạm dịch: Khu cách ly), một khu vực bên trong Thành phố 17 bị nhiễm sinh vật ngoài hành tinh ký sinh. Trên đường đi, cô gặp một Vortigaunt(một chủng tộc có trí thông minh) lập dị(Tony Todd), người yêu cầu Alyx cứu các giống loài Vortigaunt của mình và họ đã biết trước rằng cha cô - Eli sẽ chết.[13]

Tại Quarantine Zone, Alyx làm trật đường ray tàu và các Vortigaunt giải cứu Eli khỏi đống đổ nát. Trong khi bị giam giữ, Eli đã biết rằng Combine đang cất giữ một siêu vũ khí trong một nơi gọi là The Vault - một con tàu khổng lồ trôi nổi trên khu vực cách ly; Eli hướng dẫn Alyx tìm The Vault và tìm hiểu thông tin của nó.[14] Alyx mạo hiểm đi qua Quarantine Zone, đối đầu với người ngoài hành tinh và cùng chiến đấu với những người lính của quân Kháng chiến. Cô đóng một trạm năng lượng để giữ cho The Vault luôn nổi, và phát hiện ra rằng mỗi trạm năng lượng chứa các Vortigaunt bị bắt làm nô lệ, phải chuyển nguồn năng lượng của họ vào hầm. Một Vortigaunt mà cô giải cứu đã hứa rằng anh ta và những người khác sẽ đóng các trạm năng lượng còn lại.[15]

Eli liên lạc với Alyx và cảnh báo cô rằng The Vault không chứa vũ khí, nó là một nhà tù được xây dựng xung quanh một khu chung cư để chứa thứ gì đó mà Combine đã phát hiện ra. Alyx, Eli và Russell tin rằng việc giải thoát cho thứ bí ẩn đó là giải thoát một đồng minh quan trọng trong cuộc chiến với Combine trước mắt.[16] Khi cô đến gần The Vault, Alyx tình cờ nghe được một nhà khoa học đang đề cập với cấp trên của Combine rằng người đang bị giam giữ trong nhà tù là một người đã sống sót sau thảm họa Black Mesa. Alyx tin rằng người bị giam giữ chính là Gordon Freeman, cô tổ chức một cuộc giải cứu và đánh sập The Vault.[17] [18] Tuy nhiên, người bị giam giữ tại The Vault không phải là Freeman mà chính là G-man, người đã xuất hiện trong tất cả các phần Half-Life trước đó. Với sự ngỡ ngàng của Alyx, G-man cảm ơn cô vì đã cứu hắn khỏi phòng giam đặc biệt mà Combine xây dựng, thứ khiến cho sức mạnh xuyên không thời gian của hắn không thể phát huy, sau đó hắn có nói sẽ giúp cô thực hiện bất cứ điều gì. Alyx nói cô muốn lực lượng Combine rời khỏi Trái Đất nhưng G-man từ chối, đó là một yêu cầu quá khó. Thay vào đó, ông ta cho Alyx biết thứ "cô sẽ biết mình muốn". Ngay lập tức, G-man dịch chuyển Alyx đến 5 năm sau ngay tại thời điểm mà Eli - cha cô bị một con Advisor giết chết trong Half-Life 2: Episode Two. Hắn cho Alyx cơ hội cứu mạng cha mình và thay đổi tương lai mãi mãi. Alyx không ngần ngại mà lập tức làm theo và chính hành động này lập tức xoá xổ hiện thực mà các phần game Half-Life trước đó đã tạo ra. Sau đó, G-man có nói một vài điều về Freeman, trong khi nói, tay hắn cầm một cây xà beng và ở sau lưng là hình bóng mở ảo của Freeman.

Người chơi tỉnh dậy dưới góc nhìn của Gordon Freeman ngay thời điểm đoạn kết của Half-Life: Episode Two, trước mắt Freeman là một Eli còn sống và không bị thương nhưng Alyx thì đã mất tích. Eli trong cơn tức giận có nói: "Son of a bitch and his unforeseen consequences."(tạm dịch: Gã khốn và những hậu quả khôn lường của hắn). Trong Half-Life: Episode Two, G-man đã khiến Alyx nói với Eli rằng: "Hãy chuẩn bị cho những hậu quả không thể lường trước được" và cái "Hậu quả không thể lường trước này" cũng chính là tên màn chơi của Half-Life(hoặc Black Mesa) nơi sự kiện thảm họa Black Mesa diễn ra. Đáp lại Alyx trong Half-life: Episode Two, Eli cũng nói rằng lần gần nhất mà ông nghe thấy những từ ấy là bởi G-man, ngay trước khi thảm họa Black Mesa diễn ra. Và chính G-man là kẻ mang đến khối tinh thạch khiến lò phản ứng phát nổ, sự kiện đầu tiên dẫn đến quá trình lực lượng Combine xâm lược Trái Đất.