La storia di Prototype 2 inizia dopo gli avvenimenti di Prototype accaduti nella città di New York, la quale sarà di nuovo l'ambientazione del gioco (Durante gli avvenimenti della trama verrà chiamata New York Zero, abbreviata NYZ). La storia inizia raccontando di James Heller, un soldato che, durante l'epidemia scoppiata a New York si trovava in una missione militare all'estero. Heller chiama costantemente la famiglia (moglie e figlia) e rimane aggiornato sugli avvenimenti. Purtroppo, quando riesce a tornare nella metropoli, l'espansione del virus è già in uno stato avanzato e scopre che la sua famiglia è stata uccisa. Scopre anche che l'epidemia è stata causata da Alex Mercer, il protagonista del primo gioco, (dal quale il virus è stato soprannominato proprio Virus Mercer). Dopo questi eventi giura vendetta verso Mercer. Heller si arruola quindi nelle forze armate che combattono a New York per contrastare l'epidemia e, mentre si trova con altri militari su di un blindato militare per perlustrare una zona calda della città, viene attaccato da Mercer. Il protagonista rimane l'unico sopravvissuto e cerca inutilmente di inseguire Mercer per ucciderlo con il suo coltello (questo livello sarà una sorta di tutorial per prendere confidenza con i vari comandi base). Alla fine Mercer, senza sforzo alcuno, infetta Heller trasmettendogli i suoi poteri. Il soldato viene quindi soccorso dai militari e portato in un laboratorio della Gentek, dove vengono fatti alcuni esperimenti sul suo corpo. Heller riuscirà però a sopravvivere e a scappare dal complesso. Fuori da esso incontra di nuovo Mercer, il quale gli spiega che non è stato lui a causare l'infezione ma la stessa Gentek e gli chiede di aiutarlo a distruggerla. A questo punto Heller si reca nel suo vecchio quartiere per chiedere consiglio ad un suo vecchio "amico", il prete Padre Guerra, il quale conferma la storia di Mercer. Da qui in poi inizieranno i vari tentativi di James Heller di sabotare la Gentek: quest'ultimo scoprirà inoltre una cospirazione all'interno della stessa compagnia farmaceutica, iniziata da Mercer stesso, il quale ha infiltrato nei ruoli chiave della compagnia alcuni infetti "evoluti", ovvero individui con poteri simili ma minori ai due protagonisti. James Heller scoprirà poi, con l'aiuto di Padre Guerra e di una informatrice dal nome in codice Atena, che in verità è stato proprio Mercer a causare l'infezione e che non vuole solo distruggere la Gentek ma anche il resto dell'umanità. Cosi il protagonista inizierà ad eliminare tutti gli "Evoluti" per sabotare i suoi piani. Mercer, per vendicarsi del "tradimento" del soldato, ucciderà Padre Guerra. Incapace di portare avanti la sua "crociata" contro Mercer, Heller riceverà, dal telefono del prete, una provvidenziale chiamata da Atena, che si rivelerà essere Dana Mercer, sorella dell'antagonista e vecchia conoscenza del primo gioco. Heller si recherà così nella zona rossa per trovare Dana (travestito da elicotterista blackwatch, aiuterà i soldati nel salvataggio di un V.I.P della Gentek, il quale a sua volta rivelerà il luogo in cui si trova la ragazza). Una volta trovata, la ragazza sarà disposta ad aiutare il soldato, al quale rivela anche che sua figlia, Maya, è viva. Inizierà cosi un'altra "operazione" di ricerca della figlia insieme a Dana. James dovrà contrastare la Gentek che vuole distruggere l'intera zona rossa con degli elicotteri dotati di armi termobariche, che metterebbero a rischio l'incolumità della figlia. James riuscirà poi, attraverso un'agente del FBI, a ritrovare Maya. Verso la fine ci sarà il fatidico scontro con Mercer, il quale consumerà tutti i suoi infetti evoluti rimasti per diventare più potente. Heller, dopo aver sconfitto e consumato Mercer, rilascerà molti tentacoli per tutta la zona rossa assorbendo il virus e gli infetti ma causando parecchi danni nell'area. La fine si conclude con James Heller insieme a Dana e sua figlia (Dopo aver concluso il gioco si potrà continuare a giocare in modalità libera e si potranno finire le missioni secondarie).
