El entorno en el que se desarrolla la trama del juego es un futuro utópico, donde una elite de pacificadores tratan de frustrar una incipiente guerra civil. Grayson Hunt y Ishi Sato, pertenecientes a la unidad Dead Echo, se han sublevado y convertido en piratas espaciales a la búsqueda de dinero fácil.
Cuando se cruza en su camino la nave de su ex-comandante, el Ulises, Grayson se retracta. Desarmado e indefenso, su única salida es forzar un ataque kamikaze contra el Ulises. Después de sobrevivir a esta misión suicida perpetrada por ellos mismos han acabado en el planeta Stygia, Grayson y Ishi se encuentran rodeados de mutantes y plantas carnívoras. Su supervivencia dependo de dos objetivos: salir de ese planeta y vengarse del hombre que les puso en semejante situación.
En Bulletstorm los jugadores se pondrán en la piel de Grayson Hunt, demostrando su poderío en los combates más complejos y su habilidad con las armas más innovadoras jamás vistas en un shooter en primera persona.