Bulletstorm происходит в 26 веке, когда Конфедерацию планет защищает секретная армия оперативников под названием Dead Echo, которой командует генерал Саррано. Команда One Dead Echo во главе с Грейсоном Хантом (Стивен Блюм), выполняя приказы Саррано в убийстве тех, кого они считают наркоторговцами и массовыми убийцами, убивает человека, известного как Брайс Новак, но вскоре обнаруживает, что он был гражданским репортером, задокументировав другие гибели мирных жителей из-за Dead Echo. Грейсон и его команда понимают, что они были обмануты Саррано, и уходят в самоволку, становясь космическими пиратами, спасающимися от сил Саррано, которых теперь называют Final Echo.
Десять лет спустя команда Грейсона пытается сбежать с линейного крейсера Саррано «Улисс», находясь недалеко от планеты Стигия. Когда системы их корабля выходят из строя, Грейсон в пьяном оцепенении приказывает команде протаранить Улисса, надеясь отомстить Сарраро. Корабли сталкиваются, обрушивая обоих и заставляя их приземлиться на поверхности Стигии. Один из людей Грейсона, Иши Сато (Эндрю Кишино), тяжело ранен в результате крушения, и Грейсон вынужден найти энергетическую ячейку для управления медицинским оборудованием корабля. На этой планете, которая раньше была популярным курортом, похожим на тропический, население мутировало в дикие племена и хищные растения. Грейсон пробивается к одной из спасательных капсул Улисса, где солдат Final Echo уступает место орде мутантов. Отправив нападавших, Грейсон забирает энергетическую ячейку спасательной капсулы, а также «поводок инстинкта», который при ношении начинает давать ему странную тактильную информацию, например, очки за каждого убитого им врага.
Грейсон возвращается с камерой, и пока Иши работает, мутанты атакуют их корабль. Операция прерывается взрывом во время боя, в результате чего Иши остается изуродованным киборгом. Грейсон и Иши, единственные оставшиеся в живых, решают работать вместе, чтобы покинуть планету, несмотря на неодобрение Иши жажды мести Грейсона. Поводок инстинкта приводит Грейсона к другой спасательной капсуле, где они находят Тришку (Дженнифер Хейл), еще одного солдата Final Echo, который соглашается работать с Грейсоном и Иши, но только после того, как они спасают Саррано. Пока они сражаются через разрушенный город, Тришка объясняет, что Стигия использовалась Final Echo как своего рода тренировочная площадка, с поводками инстинкта, которые солдаты носят как средство ранжирования участников испытания; Те, кто совершит убийства, будут единственными, кто сможет получить боеприпасы и другие припасы, чтобы выжить. Когда Грейсон узнает, что Тришка была дочерью Новака, он говорит ей, что Саррано несет ответственность за смерть ее отца, но утверждает, что не знает, кто на самом деле убил его.
Все трое направляются к вершине небоскреба, где приземлилась капсула Саррано. Тришка обвиняет Саррано в смерти отца, но он просто сбивает ее со стены. Затем Саррано предупреждает Грейсона и Иши, что на Улиссе есть вооруженная ДНК-бомба, которая уничтожит все живое на планете, и что они должны пойти и обезвредить ее, поскольку его спасательный корабль не прибудет вовремя. Саррано ведет их через подземные районы города, встречая радиоактивные отходы и гигантскую тюрьму. Саррано ехидно объясняет, что щиты, используемые для защиты поверхности планеты от смертоносных электрических бурь, создали отходы и, в свою очередь, начали мутировать население поверхности; изменения произошли слишком быстро, чтобы спасти большую часть населения поверхности, и поэтому многие из диких мутантов, с которыми сражался Грейсон, были более невинными гражданскими лицами. Грейсон в ярости из-за этого открытия, но продолжает помогать Саррано добраться до останков Улисса. На борту Саррано снова обманывает Грейсона и Иши, заставляя их фактически вооружить ДНК-бомбу, в то время как его спасательный корабль прибудет вовремя, чтобы спасти его. Когда на борту упавшего корабля вспыхивает пожар, их спасает Тришка, которая пережила падение, зацепившись за линию электропередачи на пути вниз.
Три гонки к месту, где приземляется спасательный корабль Саррано, и им удается попасть на борт. Они пробиваются сквозь элитные войска Саррано и в конечном итоге сталкиваются с Саррано в одиночку. Тришка требует знать, кто на самом деле убил ее отца, в чем Саррано обвиняет Грейсона. В суматохе Саррано захватывает компьютерные системы Иши, заставляя его включить своих друзей. Грейсону удается сломать контроль Саррано над Иши, и Иши жертвует собой, чтобы не дать Саррано убить Грейсона. Затем Грейсон пронзает Саррано о стену корабля. Когда Грейсон и Тришка перегруппировываются, Саррано выполняет последний акт, изгнав Грейсона, Тришку и нескольких его людей с корабля обратно на планету. Поскольку ДНК-бомба скоро взорвется, Грейсон и Тришка мчатся обратно к «Улиссу», где одна спасательная капсула остается невыпущенной; они могут сесть на него и уйти на низкую орбиту, вне досягаемости ДНК-бомбы, когда она взорвется.
