Два главных героя имеют собственные сюжетные линии и сценарии. У каждого персонажа есть ряд особенностей, который заключается в разном расположении предметов, разнообразии ключей и головоломок, которые предстоит решить игроку во время прохождения. Кроме того, у Леона и Клэр в распоряжении будет разное оружие. После завершения сценария A за одного героя становится доступным сценарий B за второго. Игрок имеет возможность начать сценарий A за любого из героев; всего доступно 4 сценария. В нескольких местах Resident Evil 2 результат прохождения сценария вторым персонажем будет зависеть от того, какие действия ранее предпринял играющий в прохождении первым персонажем. Например, способ прохождения влияет на доступность определённых предметов. По завершении каждого сценария игроку присваивается ранг, который зависит от затраченного на прохождение времени, числа сохранений и использованных в процессе игры лечебных средств. В зависимости от достижений игрока в качестве награды может быть открыто бонусное оружие с бесконечными патронами и дополнительные костюмы. В Resident Evil 2 присутствует три отдельные миниигры: The 4th Survivor, The Tofu Survivor и Extreme Battle. Для их открытия игроку необходимо заработать ранг А. В минииграх представлены дополнительные герои, которым нужно выполнять различные задания, например, выжить без помощи посторонних предметов. В Extreme Battle игроку доступны для управления Леон, Клэр, Ада и Крис Рэдфилд (брат Клэр); действие разворачивается на основных игровых локациях. В The 4th Survivor игрок управляет солдатом подразделения U.S.F.U. Ханком, которому предстоит с боем добраться до вертолётной площадки и покинуть город. The Tofu Survivor — шуточный сценарий, аналогичный The 4th Survivor с той лишь разницей, что игрок здесь управляет сыром тофу.
События игры происходят 29 сентября 1998 года, спустя два месяца после событий первого Resident Evil, в среднезападном американском городе Раккун-сити. В результате утечки Т-вируса, новейшего биологического оружия, тайно разрабатываемого фармацевтической корпорацией Umbrella, практически все жители города превратились в зомби. Два главных героя, новичок-полицейский Леон Скотт Кеннеди, прибывший в город на свой первый рабочий день, и студентка колледжа Клэр Редфилд, приехавшая в Раккун-сити на поиски своего брата Криса, с которым она не может связаться, встречаются, но тут же расстаются, попав в автомобильную аварию. Оба договариваются встретиться в полицейском участке, где они планируют найти укрытие от мутировавших жителей города. Там они узнают, что большая часть полицейских либо погибла, либо превратилась в зомби, а Крис покинул город, направившись в Европу с целью обнаружить штаб корпорации Umbrella. Не видя более никаких причин оставаться в городе, Леон и Клэр решают разделиться, чтобы отыскать возможных выживших и покинуть город. В ходе поисков путей для эвакуации из города Клэр встречает маленькую девочку по имени Шерри, которую преследует неизвестное чудовище. Леон встречает некую Аду Вонг, которая ищет своего друга Джона, сотрудника корпорации.
Из найденных дневников, заметок и писем становится известно, что начальник Леона, шеф полиции города Айронс получал взятки от корпорации Umbrella, взамен которых он помогал корпорации прятать доказательства их незаконной деятельности. Он также укрывал от общественности сведения о создании корпорацией новейшего образца биологического оружия — G-вируса, способного превратить человека в мощное биооружие. Айронс пытается застрелить Клэр, но сам погибает от рук мутанта. Затем Клэр и Шэрри бегут из города через канализационные каналы, но в какой-то момент поток воды увлекает Шерри в сточный люк и Клэр остаётся одна. Тем временем Леон и Ада тоже покидают город через систему канализации. Ада находит золотой медальон Шерри, который девочка потеряла, когда убегала от монстра. Далее они встречают женщину средних лет, которая стреляет в Аду, но Леон своим телом прикрывает Аду, получает ранение и теряет сознание. Ада догоняет стрелявшую, которая представляется именем Аннет Биркин, матерью Шерри и супругой Уильяма Биркина, учёного корпорации, создавшего G-вирус. Уильям был в лаборатории, когда явились специальные агенты во главе с неким Ханком, застрелили Уильяма и похитили образец вируса. Перед самой смертью Биркин вколол себе вирус и теперь он превратился в чудовищного монстра, который преследует Шерри. Аннет видит у Ады медальон своей дочери и пытается его отобрать. Завязывается потасовка, в ходе которой Аннет падает в воду. Ада узнаёт, что внутри медальона хранится образец G-вируса. Движимая чувствами, она возвращается к Леону и оказывает ему медицинскую помощь.
В это время Клэр находит Шерри и обнаруживает, что мутировавший Биркин заразил свою дочь эмбрионом, чтобы воспроизвести потомство. Леон, Ада, Клэр и Шерри пробираются через заброшенную фабрику в секретный подземный научно-исследовательский комплекс корпорации. Мутант-Биркин серьёзно ранит Аду, и Леон отправляется на поиски лекарств для неё. Его останавливает обезумевшая Аннет, которая открывает Леону всю правду об Аде. Ада — шпионка, которая завела отношения с сотрудником корпорации Джоном исключительно для того, чтобы собрать нужную информацию. Её цель — похитить образец G-вируса. Аннет собирается застрелить Леона, но в этот момент появляется монстр Тиран, и Аннет оказывается вынуждена отступить. На помощь Леону приходит Ада, но ей приходится пожертвовать собой ради спасения Леона. Ада признаётся Леону в своих чувствах, затем он оставляет её неподвижное тело. Тем временем Аннет пытается бежать с другим образцом G-вируса, но её смертельно ранит мутировавший муж. Перед смертью Аннет успевает рассказать Клэр как приготовить вакцину, которая остановит процесс мутации Шерри. Биркин, теперь мутировавший в огромный кусок плоти с зубами, погибает при взрыве спасательного поезда, на котором Клэр, Леон и Шерри выбираются из комплекса. Оказавшись в безопасности, Клэр и Леон принимают решение уничтожить Umbrella. Клэр собирается продолжить поиски брата. Выжившая Ада забирает кулон с образцом вируса.