BioShock 2 speelt zich tien jaar na het originele BioShock af. De onderwaterstad Rapture bestaat nog altijd, en langs de Atlantische kust kidnapt een monster kleine meisjes en neemt ze mee naar de vergane onderwaterstad. Jij speelt de allereerste Big Daddy terwijl je je een weg baant door de gevallen stad op je zoektocht naar een mysterieuze vijand.

In dit vervolg is het voor het eerst mogelijk om twee guns, óf twee Plasmids te combineren. De Plasmids kennen we nog uit het eerste deel als de speciale krachten die de speler gebruikt, zoals het schieten van elektriciteit, het loslaten van een zwerm bijen of het hersenspoelen van vijanden. Bovendien heb je voor het eerst de beschikking over de enorme boor van de Big Daddy. En die zul je ook wel nodig hebben, want één van de nieuwe iconische vijanden in Rapture is de Big Sister: een snellere en geheimzinnige vrouwelijke variant op de Big Daddy.

De multiplayer van BioShock 2 bevat een eigen verhaal en dient als prequel op het eerste deel. Tijdens de val van Rapture nemen spelers de rol aan van Plasmid proefkonijnen die het tegen elkaar opnemen in Rapture. Spelers kunnen van allerlei Plasmids en wapens gebruik maken en creëren zo hun eigen speelstijl. Tussen de matches door is het mogelijk om in je eigen 'kamer' je ranking te bekijken en je wapens en Plasmids aan te passen. Vanuit deze kamer ga je vervolgens met een Bathysphere terug naar de actie.