In Half-Life übernimmt der Spieler die Rolle des MIT-Physikers Gordon Freeman, der in Black Mesa, einer fiktiven, zum Forschungskomplex ausgebauten Raketentestbasis in der Abgeschiedenheit der Wüste des US-Bundesstaates New Mexico, streng geheime Forschungsarbeit betreibt (in Anspielung auf Area 51). Als ein Experiment zur Erschließung einer neuen Energiequelle mit Kristallen außerirdischer Herkunft schief läuft, wird die Forschungseinrichtung mit Dimensionstoren in eine Parallelwelt überflutet. Freeman sieht sich nicht nur mit Horden von Kreaturen aus einer anderen Dimension konfrontiert, sondern auch mit U.S. Marines, die den Auftrag haben, jeden zu beseitigen, der das Gelände verlassen will. Da die Marines nicht in der Lage sind, diese Situation zu meistern, wird das Black-Ops-Spezialkommando nachgeschickt. Dessen Befehle lauten, in Black Mesa alles Lebendige auszulöschen. Das Spiel wird vorwiegend unter Zuhilfenahme von realen, aber auch fiktiven Waffen (wie etwa dem Gaußgewehr) gelöst. Immer wieder begegnet Freeman auf seinem Weg aus Black Mesa dem mysteriösen G-Man, einem Unbekannten, der Freeman anscheinend prüfen will und ihm am Ende des Spiels einen Job anbietet.
Für die Ausarbeitung der Story des Spiels engagierte Valve den Horror-Autor Marc Laidlaw.