Dej sa začína prebudením protagonistky, Chell, v relaxačnej komore komplexu spoločnosti Aperture Science (označovaný ako Aperture Science Enrichment Center, teda doslova Obohacujúce centrum Aperture Science, voľne preložené ako Výskumné centrum Aperture Science), kde ju prostredníctvom intercomu privíta GLaDOS, robotický superpočítač, ktorý hráča oboznámi s tzv. portálovou zbraňou – prenosným zariadením, pomocou ktorého možno prepájať priestor dvomi portálmi (modrým a oranžovým). Pomocou tohto vybavenia má hráč absolvovať sériu testov prebiehajúcich v kvázi sterilných testovacích komorách, ktorými ho sprevádza hlas GLaDOS. Na konci poslednej testovacej komory pošle GLaDOS protagonistku do spaľovne, avšak pomocou potrálovej zbrane sa jej podarí uniknúť smrti a následne preniknúť zákutiami komplexu, servisnými priestormi a kanceláriami až do miestnosti, kde sa nachádza samotný superpočítač, ktorý v tomto bode hry hráča zasypáva mnohými sarkastickými a urážlivými komentármi (napr. poznámky, že Chell bola adoptovaná, že nemá žiadnych priateľov, že je bezcitná atď.). Pomocou portálovej zbrane následne hráč odstráni a v núdzovom spaľovači zlikviduje štyri dôležité súčiastky superpočítača, čím spôsobí krízový stav, pri ktorom GLaDOS exploduje. Chell sa po explózii zobúdza na parkovisku v exteriéri spoločnosti, s výhľadom na vstupnú bránu, avšak neznámy robot ju začne ťahať naspäť do komplexu. Hra sa končí pohľadom na narodeninovú tortu uloženú v suteréne komplexu, keďže GLaDOS sľúbila Chell tortu za úspešné absolvovanie testu.