Действие Portal 2 начинается через несколько сотен лет после событий первой игры. Главная героиня, подопытная девушка Челл, приходит в себя в заброшенной, покрытой обильной растительностью Лаборатории исследования природы порталов (комплекс корпорации Aperture Science). Ей в руки снова попадает переносное устройство создания порталов, и целью Челл становится выбраться на поверхность.