Batman: Arkham City staví na intenzivních a atmosférických základech titulu Batman: Arkham Asylum a vysílá hráče do Arkham City – nového, přísně střeženého „dom
Batman: Arkham City staví na intenzivních a atmosférických základech titulu Batman: Arkham Asylum a vysílá hráče do Arkham City – nového, přísně střeženého „domova“ pro všechny rváče, gangstery a šílené zločinné mozky z Gotham City. Toto vysoce očekávané pokračování, zasazené do opevněných zdí rozlehlé čtvrti v srdci Gotham City, představuje zbrusu nový příběh. Ten dává dohromady hvězdnou sestavu klasických postav i vražedných záporáků z Batmanova světa a zároveň přináší širokou škálu nových a vylepšených herních prvků, které hráčům zprostředkují dokonalý zážitek v roli Temného rytíře.
Na tiskové konferenci, kde Bruce Wayne vyjadřuje svůj odpor k existenci Arkham City, jej zatknou žoldáci z jednotek TYGER a uvězní ho přímo v nápravném zařízení. Hugo Strange mu prozradí, že zná jeho identitu Batmana, a poté ho propustí mezi ostatní vězně. Zatímco Strange připravuje spuštění „Protokolu 10“, Wayne získá svou výstroj díky shozu od Alfreda Pennywortha a stává se Batmanem. Jeho prvním úkolem je záchrana Catwoman před popravou, kterou plánuje Two-Face v naději, že se jejím zavražděním dočká uznání. Poté, co se Joker pokusí Catwoman zavraždit, Batman ho vystopuje v jeho úkrytu v ocelárně Sionis Steelmill v domnění, že Joker zná pravdu o Protokolu 10. Na místě Batman zjišťuje, že nestabilní vlastnosti formule Titan v Jokerově krvi mutují a pomalu ho zabíjejí. Joker Batmana zajme a provede mu krevní transfuzi, čímž ho nakazí stejnou smrtelnou chorobou. Joker navíc odhalí, že otrávil svou infikovanou krví i nemocnice v Gothamu. Batman, zoufale se snažící zachránit sebe i nevinné občany, vyhledá Mr. Freeze, který pracoval na léku, ale mezitím byl unesen Penguinem. Batman vystopuje Penguina v institutu Cyrus Pinkney National History Institute, kde porazí jeho jednotky, jím vězněné monstrum Solomona Grundyho a nakonec i samotného Penguina, načež osvobodí Mr. Freeze. Freeze Batmanovi sdělí, že lék sice vyvinul, ale kvůli jeho nestabilitě je nepoužitelný. Batman dedukuje, že lék mohou pomoci dokončit regenerační vlastnosti krve Ra's al Ghula. Sleduje jednu z Ra's al Ghulových vražedkyň až do podzemního doupěte, což vede ke konfrontaci s Ra'sem a jeho dcerou Taliou, Batmanovou bývalou milenkou. Díky krvi Ra's al Ghula je Freeze schopen vyvinout protilátku, kterou však ukradne Harley Quinn dříve, než ji Batman stihne použít. Když se Batman vrátí k Jokerovi, nachází ho v plném zdraví. Zatímco spolu oba bojují, Strange aktivuje Protokol 10, ze kterého se vyklube plán na vyhlazení veškeré populace Arkham City a zničení kriminálního živlu v Gothamu. Jednotky TYGER začnou popravovat vězně a Strange zahájí raketové útoky na obyvatele Arkhamu ze své základny ve Wonder Tower. Jedna z raket zasáhne ocelárnu a pohřbí Batmana pod troskami. Než stihne Joker situace využít, objeví se Talia a nabídne mu nesmrtelnost výměnou za ušetření Batmanova života. Batmanovi se podaří s pomocí Catwoman uniknout a Alfred ho přesvědčí, aby ukončil Protokol 10 dříve, než se vydá stíhat Taliu a Jokera. Batman infiltruje Wonder Tower a deaktivuje Protokol 10. Ukáže se, že skutečným strůjcem Arkham City je Ra's al Ghul, který smrtelně zraní Strangeho za to, že nedokázal Batmana porazit. Strange v posledních vteřinách života aktivuje „Protokol 11“, což je autodestrukce Wonder Tower. Batman a Ra's uniknou, ale Ra's raději spáchá sebevraždu, než aby riskoval zajetí. Joker Batmana kontaktuje a hrozí, že Taliu zabije, pokud se s ním nesejde v Monarch Theater. Po Batmanově příchodu Joker požaduje lék, ale Talia ho v momentě nepozornosti probodne a zdánlivě zabije. Talia se přizná k ukradení léku od Quinn, vtom je však zastřelena druhým Jokerem, který je stále sužován nemocí. Onen „zdravý“ Joker, kterého Talia probodla, se promění v měňavce jménem Clayface, jenž se po celou dobu na žádost nemocného arcipadoucha za zdravého Jokera vydával. Batman Clayface zneškodní, ale Joker vyhodí do povětří podlahu divadla, čímž Batman propadne do Ra'sovy podzemní skrýše. Batman zničí regenerační Lazarus Pit dříve, než ji Joker stihne použít, a vypije část protilátky. Batman váhá, zda má svého úhlavního nepřítele vyléčit, ale Joker na něj zaútočí, čímž nechtěně způsobí rozbití lahvičky s lékem. Batman přiznává, že i přes všechno, co Joker spáchal, by ho zachránil. Poté, co Joker své nemoci definitivně podlehne a zemře, Batman vynese jeho tělo z Arkham City. Když se komisař Gordon ptá, co se stalo, Batman mlčky položí Jokerovo tělo na kapotu policejního vozu a odchází.