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. Она встречает Уитли — одного из модулей персональности, множество которых активировалось в конце Portal, и впоследствии они стали новыми хозяевами комплекса. Уитли оказывается обеспокоен положением Лаборатории и рассчитывает на помощь Челл, взамен показывая ей путь на поверхность.
Вместе они продвигаются по разрушенным помещениям и всё ещё работающим цехам Aperture Science. Когда они достигают места со спасательной капсулой, Уитли пытается подключить к ней питание, но происходит сбой и платформа, на которой находятся персонажи, поднимается к площадке, где лежат остатки главного врага Челл — суперкомпьютера ГЛэДОС, уничтоженного ею в первой игре.
Прямо на глазах у Челл ГЛэДОС восстанавливает себя и сразу узнаёт девушку. Однако она пока ещё не спешит с местью, а принимается за реконструкцию Лаборатории, и Челл вновь оказывается вовлечена в испытания с порталами.
Челл была подопытной девушкой, которая сумела пройти все испытания подземного комплекса Aperture Science в первой игре и уничтожить агрессивный суперкомпьютер ГЛэДОС, после чего ненадолго оказалась на поверхности и, будучи недвижимой, была возвращена обратно роботом-распорядителем вечеринки.
В дальнейшем Челл обхаживали машины, и, учитывая то, что героиня приходит в себя спустя сотни лет, содержали её в анабиозе.
ГЛэДОС - Генетическая форма жизни и дисковая операционная система.
ГЛэДОС — суперкомпьютер Aperture Science, обладающий маниакальными наклонностями, который при своём запуске обрёл самосознание и убил всех учёных в Лаборатории исследования природы порталов.
Взяв управление Лабораторией, ГЛэДОС устроила бесконечный цикл испытаний с Переносным устройством создания порталов на подопытных людях.
Когда Челл в игре Portal сумела пройти все испытания, ГЛэДОС пыталась убить девушку, но в результате противоборства была сама уничтожена ею.
Через несколько сотен лет, одновременно с пробуждением Челл, ГЛэДОС восстанавливает себя.
Уитли - модуль персональности.
Один из так называемых модулей персональности — шарообразных машин с искусственным интеллектом, для разных целей использующихся в комплексе Aperture Science.
Болтливый и несколько застенчивый модуль по имени Уитли, который перемещается по Лаборатории на специальных рельсах, станет проводником и помощником Челл на первых уровнях Portal 2.
Роботы Атлас и Пи-боди - главные герои кооперативного режима Portal 2.
Атла́с и Пи-боди — двое роботов, которые станут игровыми персонажами в многопользовательском режиме Portal 2.
Роботы были собраны ГЛэДОС после событий Portal как новые подопытные в экспериментах с порталами, поскольку после встречи с Челл она больше не доверяла людям.
Как видно, роботы собраны из деталей модулей персональности и автоматических турелей, и, по словам разработчиков, стилизованы под мужчину и женщину.
В процессе разработки игры персонажи временно носили имена Синий и Оранжевая - под стать цветам их «глаз».
До официального анонса игры название «Portal 2» использовалось среди разработчиков и игроков только как рабочее,что подкрепляло мнение множества людей о том, что новая игра будет не продолжением первой, а её предысторией. Такая теория возникла, когда Valve занялась поиском актёров для озвучивания другого нового персонажа игры — основателя Aperture Science Кейва Джонсона, который, как уже было известно, умер ещё до событий Portal (см. События до сюжетной линии Portal). Однако позже Valve приоткрыли больше биографических данных об этом персонаже: оказалось, что разум Джонсона после смерти был воплощён в компьютерную форму. Возможно, именно в таком образе он появится в Portal 2.
:) 
