Новаторский способ подачи сюжета Half-Life оказал существенное влияние на дальнейшее развитие жанра шутеров от первого лица. Впервые история игры рассказывается без помощи видеовставок, разрывов во времени и подобных им приёмов. Развитие сюжета происходит при помощи скриптовых сцен, функционирующих непосредственно внутри игрового действия. Игровой процесс и подача сюжета при таком подходе образуют единое целое. Игра не разделена на уровни или миссии; деления игрового мира на карты вызвано техническими ограничениями. За всеми событиями игрок наблюдает глазами главного героя — Гордона Фримена. Выслушивая очередной монолог или же наблюдая за важным сюжетным событием, игрок не утрачивает контроль над главным героем (за исключением нескольких скриптовых сцен). В то же время самого персонажа нельзя увидеть со стороны или услышать его голос. Все эти приёмы способствуют погружению игрока в игровую реальность, создавая эффект присутствия.
Большое влияние на сюжетную линию и угнетающую атмосферу Half-Life оказал сериал «За гранью возможного», особенно серия «Пограничная область». Концепция игры родилась под впечатлением от повести Стивена Кинга «Туман» и сериала «Секретные материалы».

Вступление
Действие игры происходит в недрах горы Блэк-Меса, расположенной в американском штате Нью-Мексико. Именно там по сюжету находится федеральный исследовательский центр, ставший местом проведения сверхсекретных исследований. Действующий персонаж игры — молодой талантливый научный сотрудник Гордон Фримен, работающий в лаборатории аномальных материалов. Обладая низким уровнем допуска, учёный не подозревает о том, какие опасности таит в себе предстоящая работа. Однажды утром Гордона направляют в тестовую камеру для проведения стандартного анализа кристалла. Последствия эксперимента, однако, оказываются катастрофическими.
Лаборатория «Лямбда» — часть «Чёрной Мезы» — проводила исследования в области телепортации. Они нашли способ открыть портал в мир Зен, где обнаружили не только живых существ, но и весьма странные кристаллы, представляющие научный интерес. Ученые посылали в Зен исследовательские отряды за этими кристаллами (позже можно будет обнаружить в Зен трупы членов отрядов, около которых лежит боевой арсенал), которые с боями отбивали их у местных обитателей. Именно поэтому сотрудники «Чёрной Мезы», которые по штату должны носить защитный костюм H.E.V., проходят тренировки с оружием. Однажды в руки исследователей попал самый чистый и нестабильный кусок кристалла. Кристалл был передан в Лабораторию аномальных материалов, где работал Фримен, для дальнейших исследований. Но в процессе анализа взорвался один из суперкомпьютеров, что привело к неправильной обработке кристалла и спровоцировало его нестабильность (а именно — по пути следования к экспериментальному бункеру, можно увидеть, как вышел (взорвался) из строя один из суперкомпьютеров (напротив лифта, там, где стоят двое ученых). Но вышестоящее руководство решило не прерывать эксперимент. Позже, можно услышать, как один из ученых, стоящих рядом с этим суперкомпьютером говорил другому: "Мы же пытались их предупредить… почему они не послушали?!". Кристалл, как часть чужого мира, стал «мостом» между двумя мирами.
В процессе проведения эксперимента, наше пространство и пространство чужого мира начали перекрещиваться между собой (это доказывается тем, что Фримена «швыряет» то к пришельцам, то обратно на Землю). Сразу после катастрофы через пробитый пространственный барьер в исследовательский центр попадают существа другой цивилизации из параллельного измерения, называемого «Зен (Xen)». Начинается паника. Фауна параллельного мира ведёт себя крайне враждебно по отношению к учёным из Чёрной Мезы, практически весь персонал истреблен. Резонанс кристалла спровоцировал сильный локальный толчок, который вызвал разрушения некоторых конструкций центра и вывел из строя технику и электронику лаборатории. Вышедший из-под контроля эксперимент пытаются остановить военные. Для локализации и устранения угрозы в Чёрную Мезу направляются военные подразделения, которые параллельно зачищают территорию комплекса и от пришельцев, и от выживших свидетелей. Гордон, оказавшись облаченным в защитный костюм, пытается спастись и выбраться из исследовательского комплекса. Добравшись до комплекса «Лямбда» он хочет с помощью ученых попытаться разобраться в ситуации. Казалось бы, все должно было закончиться разрушением кристалла и пространственный разлом исчезнет, но нет: ученые из «Лямбды» утверждают, что что-то не дает разлому закрыться, он поддерживается каким-то сильным существом из Зен, и предлагают Фримену включить установку для телепортации и переместиться в Зен, где и найти этот источник, поддерживающий разлом, но предупреждают, что как только портал закроется — оттуда уже не вернуться.

Главы
1. Black Mesa Inbound (Прибытие в Чёрную Мезу) — «Доброе утро, и добро пожаловать в Транзитную систему Чёрной Мезы. Сейчас 08:47 утра, постоянная температура в комплексе 68°F…». (68 °F = 20 °C) Гордон Фримен прибывает в Чёрную Мезу для работы в лабораториях аномальных материалов. Вся глава состоит из поездки Фримена на монорельсовом поезде, в течение которой он может составить впечатление об общем облике и масштабах исследовательского центра.
2. Anomalous Materials (Аномальные материалы) — Фримен получает защитный костюм H.E.V. — облачение, необходимое для работы в опасных условиях и направляется в тестовую камеру для участия в важном эксперименте. В ходе опыта Гордон, следуя инструкциям, помещает образец аномального материала в антимасс-спектрометр, после чего в камере происходит неконтролируемое явление, названное учёными каскадным резонансом.
3. Unforeseen Consequences (Непредвиденные последствия) — Фримен оказался в числе выживших после ужасной катастрофы, исказившей до неузнаваемости облик исследовательского центра. В Чёрную Мезу начали телепортироваться иноземные существа, ведущие себя крайне агрессивно. В такой ситуации Илай Вэнс просит Гордона выбраться на поверхность и вызвать помощь.
4. Office Complex (Офисный комплекс) — Отбиваясь от пришельцев, Гордон Фримен пытается добраться до поверхности, привлекая на свою сторону чудом выживших учёных и охранников.
5. «We’ve Got Hostiles» («Мы встретили неприятеля») — Довольно быстро Гордон выясняет, что «помощь» уже здесь — правительство выслало военные силы, которым дано задание — уничтожить все следы эксперимента и всех его свидетелей. Включая, естественно, и самого Фримена. Единственный путь к спасению, по словам одного из выживших учёных — комплекс «Лямбда», куда Гордон теперь намеревается попасть. Гордон выбирается на поверхность, но высадка десанта вынуждает его искать другой путь.
6. Blast Pit (Реактивная шахта) — Путь через шахту для испытаний реактивного двигателя преграждает гигантское существо с тремя щупальцами-тентаклями. Для достижения цели, Фримену приходится восстановить подачу топлива к двигателю и выжечь эту внеземную форму жизни испытательным запуском.
7. Power Up (Включить энергию) — Дальнейший путь к комплексу «Лямбда» лежит через железную дорогу, но генератор питания отключен. Фримену предстоит обеспечить подачу энергии к рельсам, между делом уничтожив огромную иноземную тварь — Гаргантюа. Гордон заманивает существо к исправному генератору, где оно и погибает от разряда.
8. On the Rail (По рельсам) — Продвижение Фримена по железной дороге осложняется постоянными атаками военных. Один из уцелевших охранников сообщает Гордону, что команде «Лямбда» для наведения порядка в Чёрной Мезе необходим спутник на орбите. Гордон, следуя новой цели, добирается до ракетного комплекса и запускает космический аппарат.
9. Apprehension (Мрачные предчувствия) (другое значение слова apprehension — «задержание») — Перед тем, как Фримен продолжит путь, ему предстоит убить опасного водного пришельца — Ихтиозавра. В конце главы Гордон впервые сталкивается с таинственными наёмницами чёрных оперативников. А сразу после этого военным удается загнать его в тупик. Приняв твёрдое решение избавиться от Фримена без суда и следствия, они решают сбросить его в мусорный компактор.
10. Residue Processing (Переработка отходов) — Фримену удаётся выбраться из мусоросборника. Выход из комплекса переработки отходов заблокирован барнаклами, а оружия у Фримена нет(кроме монтировки). Ему приходится пройти путём, который проходят перерабатываемые отходы.
11. Questionable Ethics (Сомнительная этика) — Фримен пробирается через секретные лаборатории, где изучались существа из параллельного мира Зен. Спасая несколько учёных, оказавшихся блокированными в комплексе, Гордон продолжает путь и выбирается на поверхность.
12. Surface Tension (Поверхностное натяжение) — На поверхности дела обстоят ничуть не лучше, чем под землёй. Фримен уничтожает несколько военных машин и вертолёт, пробирается через полностью заминированное здание, и, воспользовавшись системой наведения, вызывает несколько мощнейших авиаударов, чтобы убить ещё одного Гаргантюа и вскрыть заваленный вход в секретный комплекс «Лямбда».
13. «Forget about Freeman!» («Забудьте о Фримене!») — Военные начинают эвакуацию, осознав, что бороться с пришельцами бессмысленно. Чёрная Меза подвергается бомбардировке. В общей неразберихе Фримен пробивает себе путь к комплексу «Лямбда».
14. Lambda Core (Ядро Лямбды) — Оказавшись в комплексе, Фримен включает ядерный реактор и восстанавливает подачу энергии, что делает возможным открытие портала прямо в Зен. Как объясняют учёные, сила какого-то могущественного существа на другой стороне не позволяет избавиться от последствий каскадного резонанса. Гордон должен найти и уничтожить это существо.
15. Xen (Зен) — Фримен попадает в загадочный и невероятный мир пришельцев, состоящий из парящих над бездной скал-островов. Отбиваясь от немногочисленных представителей местной фауны, Гордон находит телепорт, позволяющий двигаться дальше.
16. Gonarch’s Lair (Логово Гонарча) — Продвижение Фримена блокировано огромной паукообразной тварью Гонарчом, извергающей десятки маленьких детёнышей. Лишь продолжительная битва позволяет Гордону уничтожить смертельно опасного врага.
17. Interloper (Незваный гость) — По мере продвижения Фримену начинают противостоять разумные существа Зена. Пробираясь среди технологий пришельцев, Гордон обнаруживает, что основное население мира, Вортигонты, не враждебны до тех пор, пока рядом не появятся Контроллеры. В завершение Фримен оказывается на огромной фабрике, где его ждёт последний телепорт.
18. Nihilanth (Нихилант) — Фримен добирается до того самого существа — Нихиланта, которое мешает закрыться пространственному разлому. Отбиваясь от нападающих Контроллеров и Вортигонтов, Гордон уничтожает Нихиланта. После этого гибель самого Фримена в обрушивающейся комнате, казалось бы, неминуема, но его непостижимым образом спасает загадочный человек с кейсом — G-Man.

Концовка
В конце игры Гордон Фримен оказывается в таком же вагончике, в котором он совершал поездку по территории исследовательского центра «Черная Меза» во вступительной части игры. Вагончик словно несётся сквозь пространство и время, а перед Фрименом стоит G-Man. При этом, загадочный человек говорит Фримену, что он доволен действиями Фримена и уже предложил кандидатуру Гордона своему начальству, и что он успешно выполнил свою работу в Чёрной Мезе. Далее, G-man предлагает Фримену и в дальнейшем работать на него добровольно. Шагнув в телепорт за открывшейся дверью вагончика, Фримен принимает предложение о работе, и G-Man помещает учёного в стазис, где тот ожидает своего возвращения во второй части игры. В противном же случае, безоружный Гордон телепортируется в неизвестное место Зена, оказавшись окружённым бесчисленным количеством чудовищ из чужого мира. Любой осуществлённый выбор приводит к логическому завершению Half-Life.
Любопытно, что в файле, содержащем титры, появляющиеся на экране игры, концовка, в которой Фримен принимает предложение, носит название TRAITOR (предатель), а та, в которой Гордон отказывается — LOSER (проигравший или неудачник).
Сюжет продолжения, игры Half-Life 2, предполагает, что Гордон принял предложение G-Man’а.
* Есть ещё одна концовка — в определённых локациях учёные и охранники важны для прохождения игры (без их помощи невозможно открыть некоторые двери), и если убить такого персонажа, то на экране появляется буквально следующее — «Объект: Фримен. Статус: оценка способностей прекращена. Посмертное заключение: объект не смог эффективно использовать человеческие ресурсы для достижения цели»