Wie schon im ersten Teil bricht in der Fortsetzung eine Krankheit namens green flu (dt.: grüne Grippe) aus, durch die Menschen zu Infizierten mutieren. Left 4 Dead 2 spielt eine Woche nach den Ereignissen aus Teil 1, also „drei Wochen nach der ersten Infektion“. Wie im Intro zu sehen, versuchen die vier Überlebenden Coach, Ellis, Nick und Rochelle, eine Evakuierungsstation zu erreichen, um von dort aus mit Helikoptern aus dem verseuchten Gebiet geflogen zu werden. Allerdings verpassen sie das Militär knapp und müssen sich aus eigener Kraft aus der Stadt retten.