Obawiając się, że to spotkanie zrujnuje jej plany, Sofia Lamb, zarządczyni miasta i główna antagonistka w grze, wysyła przeciwko bohaterowi prześladowców, których nazywa „rodziną Rapture”, aby go powstrzymać.
Rozgrywka Tryb dla jednego gracza BioShock 2 jest strzelaniną zaprezentowaną z perspektywy pierwszej osoby, gdzie gracz przyjmuje rolę Obiektu Delta, prototypowego Tatuśka około 10 lat po wydarzeniach znanych z pierwszej części gry. Podobnie jak w BioShock, gracz bada Rapture i zwalcza zmutowanych mieszkańców miasta, używając w tym celu kombinacji broni, elementów środowiska, plazmidów i toników. Plazmidy i toniki to specjalne substancje poprawiające aktywne lub pasywne umiejętności. W grze znajdziemy plazmidy i toniki znane już z poprzedniej części gry, jak i całkiem nowe. Przykładowo, plazmidy mogą dać graczowi możliwość używania telekinezy czy miotania płomieni, natomiast toniki mogą zwiększyć szybkość gracza, zadawane obrażenia lub odporność na ataki przeciwników. Podstawową bronią gracza jest potężne wiertło oraz nitownica. Gracz może używać każdej broni w walce wręcz, atakując z bliska. W przeciwieństwie do pierwszej części gry, gracz jest w stanie używać jednocześnie broni i plazmidu, dzięki czemu można dużo efektywniej eliminować wrogów.