Lambda Complex (oznaczonego grecką literą „λ”), gdzie ocalali członkowie zespołu badawczego teleportują go do obcego świata Xen, w celu zabicia Nihilanta (), częściowo fizycznego bytu niepozwalającego zamknąć wrót między wymiarami.
Fabuła gry czerpała początkowo inspirację z innych gier komputerowych, takich jak Doom, Quake (obie wyprodukowane przez id Software), Resident Evil (wydana przez Capcom), a także z opowiadania Stephena Kinga pt. Mgła oraz jednego z odcinków serialu Po tamtej stronie pt. The Borderland. Cała historia została następnie rozwinięta przez pracującego dla Valve pisarza Marca Laidlawa, który napisał powieści Dad’s Nuke i The 37th Mandala.
Historia Dr Gordon Freeman spóźnia się do pracy w rządowym ośrodku badawczym Black Mesa Research Facility, dojeżdżając do niej systemem nowoczesnej kolei, która prowadzi przez zabudowania kompleksu, o godz. 8:47. Gdy dociera do Laboratorium Materiałów Anomalnych (), swojego miejsca pracy, zostaje poinformowany przez pracownika ochrony, że naukowcy zamierzają przeprowadzić tego dnia specjalny eksperyment. Bez zwłoki udaje się więc do szatni, gdzie zakłada nowoczesny kombinezon ochronny HEV. Następnie kieruje się na niższe poziomy laboratorium, gdzie znajduje się komora z zainstalowanym spektrometrem antymas.