En Septiembre de 2013, se ha desatado una pandemia en Estados Unidos ante la aparición repentina de una variación mutada de la cepa del hongo Cordyceps el cual afecta a los humanos convirtiéndolos en horrorosas criaturas caníbales que atacarán a cualquiera que no esté infectado para propagar el virus mediante un mordisco. En este escenario tan perturbador, Joel, su hija Sarah y su hermano Tommy, se disponen a abandonar su hogar en los suburbios de la ciudad de Austin en Texas ante la histeria colectiva producida por la pandemia. Cuando salían de su casa, un oficial del ejército, creyendo que Sarah estaba infectada, le dispara a esta última matándola dejando a ambos hermanos consternados. Desde ese instante, pasan veinte años; se hace evidente que la pandemia ha destruido a la humanidad habiendo aniquilado a más de la mitad de la población mundial. Los sobrevivientes en Estados Unidos, que se ha convertido en un estado marcial bajo el control del ejército ante el colapso del gobierno democrático y federal, viven en lugares designados como Zonas de Cuarentena en las cuales, bajo la menor sospecha de que haya un infectado, los militares están autorizados a ejecutar a esa persona, en asentamientos independientes o forman parte de grupos ambulantes. Joel, ahora vive en la zona de North End en Boston, Massachusetts en donde se gana la vida como contrabandista junto con su compañera Tess. Un día, en una misión de recuperación de un cargamento de armas robado por un traficante llamado Robert, se enteran de la existencia de un grupo paramilitar llamado, Las Luciérnagas el cual se opone a la idea de vivir bajo la autoridad del ejército en las zonas de cuarentena y busca el reestablecimiento del antiguo gobierno. La líder del grupo, Marlene, le ordena a los contrabandistas llevarse consigo a una adolescente misteriosa de nombre Ellie a la casa del Estado de Massachusetts en las afueras de la zona de cuarentena a cambio de obtener provisiones y comida entregando a la chica a dos miembros más de la organización. La pareja accede y mientras que tratan de escapar, descubren que Ellie tiene una herida de mordedura ocasionada por un infectado.
Normalmente una persona que haya sido mordida por un infectado, tardará dos días en mostrar los síntomas de infección comunes, pero en el caso de Ellie, ha transcurrido demasiado tiempo desde que fue mordida (tres semanas) y no muestra señales de cambios, por lo cual se cree que en ella está la cura que podría salvar a la raza humana por lo que se convierte en el objetivo principal de los dos personajes el protegerla. Joel, Tess y Ellie se cruzan con hordas de infectados por el camino hasta el sitio señalado en donde se produciría el intercambio, pero desgraciadamente al llegar descubren que los dos miembros de las Luciérnagas que los estaban esperando, están muertos y para empeorar la situación, se revela que Tess fue infectada durante la huida de unos militares que los confundieron con infectados y pretendían matarlos por lo cual para permitir que Joel y Ellie huyan, Tess decide sacrificarse quedándose atrás para enfrentar a los militares.
Joel llega a la conclusión de que necesita la ayuda de su hermano Tommy quien fue miembro de las Luciérnagas y así poder encontrar al resto del grupo. Gracias a la ayuda de un contrabandista de nombre Bill, Joel consigue reparar una camioneta con la cual viaja junto a Ellie hasta Pittsburgh, Pensilvania en donde son atacados por Cazadores quienes pretenden asesinarlos y su camioneta, termina siendo destruida, pero en el último segundo son salvados por los hermanos Sam y Henry quienes les ayudan, pero desgraciadamente Sam es mordido por un infectado, algo que éste oculta al resto hasta que la infección finalmente lo transforma y ataca a Ellie obligando a que Henry lo tuviera que matar. La decisión de haber matado a su hermano lo deja tan afectado que finalmente Sam es incapaz de lidiar con la pena y acaba por suicidarse delante de Joel y Ellie.
La trama avanza unos meses hasta otoño, en donde el dúo protagonista llega hasta el Condado de Jackson en Wyoming en donde Joel se reencuentra con Tommy y su esposa Maria los cuales estaban refugiados en un asentamiento fortificado en una central hidroeléctrica. Por un minuto, Joel descarta la idea de seguir protegiendo a Ellie y decide dejarla con su hermano para que éste se encargue de llevarla a su destino y él decidiera volver a casa, sin embargo, cambia de parecer y decide llevarse a Ellie hasta la Universidad del este de Colorado en donde se supone, hay un cuartel de las Luciérnagas, de acuerdo a la información proporcionada por Tommy. Al llegar al punto señalado, se dan cuenta de que no hay nadie allí y que los miembros de la organización se trasladaron a Salt Lake City en Utah en donde se encuentra un hospital dedicado a la investigación del virus. Desafortunadamente, son avistados por un grupo ambulante de bandidos los cuales son eliminados, pero desgraciadamente Joel termina gravemente herido.
Estamos en invierno, Ellie y Joel se encuentran ocultos en una zona montañosa en la que éste último se encuentra aún recuperándose de sus heridas y depende de Ellie para que pueda sobrevivir por lo cual ella se dedica a cazar y a conseguir los medicamentos necesarios para su supervivencia. Es en esa ocasión cuando Ellie conoce a David y a James, dos sobrevivientes que le ofrecen intercambiar su comida por medicamentos, pero Ellie descubre que ambos forman parte del grupo de bandidos ambulantes que los atacaron anteriormente. Tras ser brevemente capturada por David, la joven huye hasta un restaurante abandonado y, poco antes de que el bandido la asesine, ella logra salvarse matando violentamente a David y dejándola en estado de shock ya que por primera vez en su vida, se ve forzada a asesinar a una persona para sobrevivir. Joel la consuela después de esto, y así se afianza su relación.
Unos meses más pasan hasta que estamos en primavera; el dúo llega hasta Salt Lake City en donde son recibidos por miembros de las Luciérnagas que los escoltan hasta llegar a un hospital en donde Joel se entera de boca de Marlene, que es necesario someter a Ellie a una operación para extraer el hongo Cordyceps alojado en su cerebro para poder estudiarlo y así desarrollar la cura, sin embargo, Joel no está de acuerdo con la decisión ya que esta operación indudablemente matará a Ellie y Joel, renuente a dejar que muera su compañera de travesía a quien ha llegado a querer como una hija, entra al hospital y se enfrenta con los Luciérnagas que custodian la sala de emergencias hasta llegar con Ellie, a quien carga en sus brazos al estar inconsciente por la anestesia. Finalmente Joel y Marlene se encuentran en el estacionamiento del hospital en donde Marlene lo encara y le advierte de lo que podría sucederle a Ellie si se negaba a colaborar con ellos a lo que Joel responde disparándole y luego matándola. En las escenas finales del juego, se aprecia cuando Ellie despierta y le pregunta sobre lo sucedido a Joel, que le miente al asegurarle que los Luciérnagas desistieron en su búsqueda de una cura debido a sus fallidos experimentos con otras personas inmunes a la infección. A las afueras del asentamiento donde vive Tommy, Ellie le confiesa a Joel que habían otros supervivientes más junto con ella —lo cual se explora en Left Behind—, razón por la cual siente culpabilidad (síndrome del superviviente). Con afán de tranquilizarla, y ante la insistencia de Ellie, le jura que todo sobre lo que dijo sobre las Luciérnagas abandonando la búsqueda de una vacuna es cierto.
En las afueras de Jackson (Wyoming), Joel relata los eventos de Salt Lake City, el escape de St. Mary's Hospital y la mentira que le dijo a Ellie para protegerla de la verdad; a su hermano Tommy.
De regreso en Jackson, Joel visita a Ellie y le regala una guitarra, cumpliendo su promesa de enseñarle a tocar dicho instrumento.
Cinco años después, Joel y Ellie se han asentado en una comunidad en Jackson. Allí, Ellie tiene un grupo de amigos e incluso un primer amor. Pero, un día la tranquilidad se desvanece y la joven inicia un viaje con dos objetivos: Vengar la muerte de un ser querido y la tranquilidad que le arrebataron.
Tommy se dirige a Seattle para cazar a Abby, y Ellie y Dina lo siguen. Después de escapar de una emboscada de WLF (Washington Liberation Front), Ellie revela su inmunidad a Dina, quien a su vez revela que está embarazada. Ambas buscan refugio en un teatro abandonado.
Ellie sale en busca de Tommy por su cuenta, y se encuentra con Jesse, el exnovio de Dina, quien los siguió a Seattle. Mientras busca a la amiga de Abby, Nora Harris, Ellie se encuentra con los Serafitas (también llamados Scars), un culto enfrascado en una batalla con la WLF por el control de Seattle. Ellie rastrea a Nora y la tortura para obtener información sobre la ubicación de Abby, lo que traumatiza a Ellie.
Al día siguiente, Jesse y Ellie parten en busca de Abby. Ambos se separan cuando se enteran que Tommy puede estar en peligro inminente. Jesse parte a ayudar a Tommy, Ellie continúa la búsqueda de Abby. Siguiendo la información proporcionada por Nora, Ellie llega a un acuario donde mata a dos miembros más del grupo de Abby: la embarazada Mel, y su novio Owen Moore. Jesse y Tommy se encuentran con una traumatizada Ellie y la llevan de vuelta al teatro. Un flashback revela que, años antes, Ellie viajó al hospital Firefly en Salt Lake City y se enteró de la verdad. Devastada, cortó los lazos con Joel. En el presente, el grupo de Ellie es emboscado por Abby, quien mata a Jesse y retiene a Tommy como rehén. Salt Lake City Gracias a un flashback nos enteramos de la razón por la cual Abby ha asesinado a Joel. Cuatro años antes de la historia del juego, en el St. Mary's Hospital, Joel asesina al cirujano encargado de realizar la operación en Ellie que proporcionaría la cura contra el cordyceps. Jerry, el cirujano, es asesinado a sangre fría, dejando a Abby devastada.
Tres días antes de los eventos en el teatro, Abby se entera de que Owen, su exnovio, ha desaparecido mientras investigaba la actividad de los serafitas. Abby busca a Owen y es capturada por el culto para ser ahorcada. Es rescatada por Yara y Lev, hermanos serafitas que han sido tildados de apóstatas después de que Lev desafió las tradiciones. Aunque Yara está gravemente herida, Abby los deja para encontrar a Owen quien, desilusionado con la guerra, planea navegar a Santa Bárbara, California, donde las luciérnagas pueden estar reagrupando.
Abby rescata a Yara y Lev, y viaja por Seattle con Lev para recuperar suministros médicos del hospital WLF para que Mel pueda amputar el brazo de Yara.
Después de la cirugía, Lev se escapa para convencer a su devota madre de que abandone el culto Serafita, lo que obliga a Abby y Yara a perseguirlo. Lo encuentran en uno de los asentamientos serafita, donde Lev accidentalmente mató a su madre en defensa propia. El trío huye cuando la WLF comienza un asalto contra los serafitas. Abby traiciona al WLF para salvar a Lev, y Yara se sacrifica para permitir que Abby y Lev escapen. Lev y Abby regresan al acuario, ahí encuentran a Owen y Mel muertos y un mapa dejado por Ellie que conduce a su escondite. Abby dispara a Tommy, lo que lo perjudica, y pelea con Ellie y Dina, dominándolas. Ante la insistencia de Lev, Abby las perdona a ambas y les dice que se vayan de Seattle. La granja Un año después, Ellie y Dina viven en una granja, criando al hijo de Dina y Jesse, aunque Ellie sufre de estrés postraumático. Cuando Tommy llega con información sobre el paradero de Abby, Ellie se va a buscarla, a pesar de las súplicas de Dina de quedarse. Santa Bárbara Abby y Lev llegan a Santa Bárbara en busca de las luciérnagas, pero se enteran de que se están reagrupando en la isla Catalina, California, pero son capturados, torturados y dejados morir por los esclavistas Rattlers. Ellie llega a Santa Bárbara y rescata a la pareja. Amenazando con matar a Lev, Ellie obliga a Abby a luchar contra ella, durante la cual Abby le muerde dos dedos a Ellie. Ellie la domina, pero cambia de opinión y la deja vivir. Abby y Lev navegan hacia las luciérnagas.
Ellie regresa a la granja. La encuentra vacía, Dina se ha ido. Quedan en el hogar sólo las cosas de Ellie, entre ellas la guitarra que Joel le regaló. Ellie se sienta e intenta tocar el instrumento sin éxito. Rememora la última charla que tuvo con él, después del baile. Ella reclama a Joel sobre el incidente de St. Mary's Hospital, argumentando que era su destino morir ahí y hacer algo bueno por la humanidad. Joel responde diciendo que, de tener la oportunidad, volvería hacerlo de nuevo. Ellie externa a no creerse capaz de perdonar a Joel, pero le gustaría intentarlo. De vuelta al presente, Ellie deja la guitarra en la granja y procede a abandonar el lugar, presumiblemente habiendo encontrado un cierre.