O jogo Halo 4 se desenrola em um universo de ficção científica futurista, no ano 2557, quatro anos após os eventos de Halo 3. O jogo e livros da franquia reconstroem detalhadamente que, centenas de milhares de anos antes da era moderna, os seres humanos foram uma das várias civilizações do universo.
Na sequencia, após uma guerra com um tipo de parasitas conhecidos por Floods, a humanidade e seus aliados entraram em conflito com uma raça muito superior conhecida como Forerunners, uma poderosa raça que conduzia uma política de benevolência, suportada por outras raças que chamariam de “Manto da Responsabilidade” (Mantle of Responsibility). Depois de anos de conflitos, os Forerunners derrotaram os seres humanos e lhes retiraram sua tecnologia e governo. Os Forerunners logo entram em luta contra os Floods com suas próprias forças
No século XXVI, a humanidade, organizada sob o comando da UNSC (Comando Espacial das Nações Unidas) vem a ser atacada pelos Covenant, um coletivo religioso de diversas raças alienígenas, as quais reverenciam os Forerunners como deuses, e crêem que a ativação dos Halos lhes trará a salvação, e não a sua destruição. Um super-soldado humano (chamados de Spartans),
No século XXVI, a humanidade, organizada sob o comando da UNSC (Comando Espacial das Nações Unidas) vem a ser atacada pelos Covenant, um coletivo religioso de diversas raças alienígenas, as quais reverenciam os Forerunners como deuses, e crêem que a ativação dos Halos lhes trará a salvação, e não a sua destruição.
Muito da campanha de Halo 4, bem como das missões do Spartan Ops, têm lugar ao redor ou no planeta artificial Forerunner, chamado Requiem, que é envolto por uma espécie de Esfera de Dyson.Faz parte do jogo também a Estação de Pesquisa Ivanoff Instalação 03 - uma base humana em órbita em torno de um dos anéis do Halo Array - e a órbita da Terra
Quatro anos após os eventos de Halo 3, ainda flutuando no espaço no que sobrou da fragata Forward Unto Dawn, que parou orbitando o planeta artificial Requiem.Cortana desperta Master Chief do sono criogênico pouco antes de forças Covenant abordarem a nave. O que restou da Dawn é capturado pela gravidade de Requiem, passando através de uma abertura na superfície do planeta para então chocar-se no seu interior.
Logo que Chief e Cortana iniciam a exploração de Requiem, iniciam-se também os combates com os hostis Covenant e Prometheans (raça artificial criada pelos Forerunners), bem como as anomalias com Cortana.Ela revela que, passado o habitual período de funcionamento de um AI (sete a oito anos), ela está tornando-se "rampant", um estado mental em que o AIs em declínio lentamente passam a "pensar" na morte. Chief promete a Cortana que a levaria de volta à Terra, acreditando que sua criadora, Drª Catherine Halsey, pode curar ou reverter a condição de Cortana.
Chief e Cortana captam as transmissões distorcidas de uma nave humana, UNSC Infinity, que captou a chamada de socorro da Dawn.Cortana tenta avisar a Infinity para ficar longe da gravidade de Requiem e direciona o Chief para desativar o que ela acredita que seja sistemas comunicações. Em vez disso, Chief libera Ur-Didact, um antigo guerreiro Forerunner, de sua prisão. Didact assume o comando dos Prometheans e Covenant e inicia os ataques à Infinity, logo depois que ela é puxada para Requiem.
Chief faz contato com a Infinity e religa as armas para repelir o ataque de Didact. Chief e Cortana recomendam atacar a Didact enquanto ele é vulnerável, mas o capitão da Infinity, Del Rio, ordena-lhes para destruir a gravidade artificial e, assim, a nave poder escapar. Neste meio tempo, Chief é contatado por uma Forerunner conhecida como a Librarian, a esposa de Didact, bem como a antiga protetora da humanidade. Ela explica que os Forerunners foram divididos sobre como combater os Floods. Após uma falha para descobrir uma forma de imunizar seres biológicos contra os Floods, Didact usou um dispositivo chamado de Composer para converter os guerreiros Prometheans sob seu comando em versões digitais, imunes à infecção
Exigindo mais soldados, Didact forçadamente converte os seres humanos capturados em Prometheans, antes de ser detido e preso pela Librarian. A Librarian, que tem guiado a humanidade ao seu desenvolvimento, acelera a evolução de Master Chief, concedendo lhe imunidade ao Composer. Depois de destruir a gravidade de Requiem, o Capitão Del Rio ordena que regressem a Terra, duvidando do depoimento de Cortana e Chief. Master Chief desobedece as ordens de retornar e, apesar do mal-funcionamento Cortana, insiste em permanecer na perseguição à Didact. O Comandante Lasky, da Infinity, dá a Chief um transporte armado (nave Pelican) e deseja-lhe boa sorte na luta.