Dans les Terres Sacrées de la tribu Nora, un bébé est découvert devant une porte métallique située au cœur de la montagne sacrée. Personne ne sait d'où vient cet enfant ni qui est sa mère. Les chefs spirituels de la tribu décident de confier le bébé à Rost, un homme lui-même banni de la société Nora. L'enfant reçoit le nom d'Aloy et grandit en tant qu'exclue. Les membres de la tribu l'ignorent et la méprisent, car elle est considérée comme une « sans-mère ». Alors qu'elle est encore petite, Aloy s'enfuit après avoir été rejetée par d'autres enfants à cause de son statut de paria, et tombe accidentellement dans une ancienne ruine. Elle découvre un étrange appareil appelé "focus" qui lui permet de voir des informations invisibles à l'œil nu. Grâce à cet appareil, elle arrivera à aider Teb, pris au piège par un troupeau de machines après une chute. Après une nouvelle humiliation malgré son geste et curieuse du monde qui l'entoure, elle pose finalement des questions sur ses origines à Rost qui lui explique que seules les matriarches de la tribu connaissent peut-être la vérité. Afin d'obtenir ces réponses, il n'existe qu'un seul moyen : participer à l'Eclosion, une compétition qui lui permettrait d'obtenir le statut de brave. Aloy commence donc un long entraînement auprès de Rost pour devenir une chasseuse exceptionnelle... 

Aloy est prête pour l'Eclosion qu'elle remporte face à ses adversaires principaux : Bast et Vala. Alors que la cérémonie de clôture approche, un groupe d'assaillants armés attaque brutalement les participants et les membres de la tribu. Le massacre fait de nombreuses victimes dont Aloy gravement blessée. Les assaillants, dont Hélis semblent particulièrement intéressés par elle. Alors qu'ils sont prêts à la tuer, Rost intervient et sa sacrifie pour la sauver. Blessée et inconsciente, Aloy est ramenée à l'intérieur de la montagne sacrée. A son réveil, elle apprend la mort de Roest et découvre une mystérieuse porte, celle devant laquelle elle avait été trouvée lorsqu'elle était bébé. Avec son focus, elle tente de l'ouvrir mais celle-ci refuse, identifiant néanmoins Aloy comme une personne possédant un profil génétique particulier. La matriarche Teesa, convaincue qu'elle a un rôle important dans les évènements à venir, les matriarches lui accordent le statut exceptionnel de chercheuse. Ce titre lui donne ainsi le droit de quitter les Terres sacrées et d'explorer librement le monde afin de poursuivre ses recherches. Alors qu'elle s'apprête à franchir la porte après un échange musclé avec Resh, un haut gradé, une machine prend le contrôle des autres et s'attaque à la tribu. Aloy quitte ensuite les terres Nora. 

En sortant des terres Nora, elle rencontre Varl, le fils de Sona. Varl lui explique que Sona mène des opérations contre les Éclipses mais qu’elle a disparu après une attaque récente. Inquiet, il demande à Aloy de partir à sa recherche. Aloy suit alors les traces des combats, enquête sur les lieux de l’embuscade et finit par retrouver Sona vivante dans les montagnes, où elle prépare une contre-attaque contre les Éclipses. Aloy aide Sona et Varl à éliminer les ennemis et à reprendre l'initiative. En fouillant le camp, elle découvre des indices montrant que les Éclipses recherchent quelque chose lié aux ruines des Anciens et qu'ils obéissent à une mystérieuse entité appelée HADES. Le reste des tueurs serait à l'intérieur d'un Anneau de Métal. 

Aloy demande à Marea le chemin pour se rendre à la Forteresse Carja. A son arrivée, la Forteresse Carja est attaquée par des machines corrompues. Balahn accepte de lui fournir des informations sur Méridian, sa prochaine destination. Sur place, elle découvre que Ersa, la sœur d'Erand a été tuée. Erand est dévasté et alcoolisé mais il accepte de fournir des informations à  Aloy qui est persuadée que Olin est un traitre.  Ils se rendent à son domicile et découvrent une trappe secrète. La vérité est que la famille d'Olin a été enlevé, raison pour laquelle il a obéit aux ennemis... Parallèlement, Aloy découvre que Ersa n'est pas morte, elle aurait été enlevée par Dervahl en quête de vengeance. Avad, le Roi Soleil lui demande donc de ramener le plus rapidement possible Ersa auprès de lui afin de maintenir l'équilibre dans les tribus. Aloy et Erand finissent par retrouver Ersa. Avant de mourir, elle informe Erand que Dervahk a l'intention de frapper fort sur Méridian. Il a caché dans la ville une bombe mais Aloy parvient à l'arrêter. Aloy retrouve Dervahl alors qu'il s'en prend au Roi. Elle parvient à l'abattre lui et ses hommes. 

Plus tard, Aloy retrouve Olin en compagnie des représentants de la secte en train de corrompre de terribles machines. Soudain, un inconnu s'introduit dans le système pour désactiver les focus ennemis et aider ainsi Aloy à se débarrasser d'eux. Olin avoue ensuite que les tueurs à sa poursuite appartiennent à une secte nommée l'Eclipse, composée de guerriers sacrés qui prient une divinité démoniaque, Hadès. Ils ont tenté de la tuer en raison de sa ressemblance avec une femme qui pourrait être sa mère. Aloy accepte de sauver la famille d'Olin. 

Alors que Aloy cherche des réponses concernant cette mystérieuse femme, la voix inconnue lui indique qu'elle s'appellerait Elisabet Sobeck. Dans les ruines d'une ville antique, elle entend la voix de Hadès. Aloy se faufile dans une fissure où elle tombe de nouveau sur une porte qui la reconnait comme étant le Docteur Sobeck. A l'intérieur, elle découvre que Elisabet Sobeck était une scientifique, roboticienne et ingénieure, chercheuse au sein de la compagnie Faro Automates (FAS). Elle développa un concept de "robots verts" utiles dans les procédures de nettoyage environnemental et de détoxification. Elle démissionna finalement en désaccord avec FAS du fait de l'implication de l'entreprise dans les technologies militaires automatisées. Elisabet Sobeck fonda alors Miriam Technologies, une entreprise dédiée à la robotique environnementale. Aloy visualise un hologramme où Elisabet Sobeck et Ted Faro discutent à propos d'une gamme de robots tueurs qu'il a créé, capables de se répliquer à l'infini, une catastrophe pour l'humanité. Pour sauver la planète, Elisabet propose le projet Aube Zéro. Aloy ne comprend pas ces découvertes. Sylens, l'inconnu se présente alors devant elle. Le fil rouge des mystères est le lien entre elle et Elisabet Sobeck ainsi que ce qu'elle a fait dans le cadre de ce projet. 

Sylens propose de se rendre à la Nécropole dans les montagnes. La Nécropole abrite un démon de métal que l'Eclipse bricole. Aloy assiste à une ancienne cellule de crise concernant le projet Aube Zéro, le programme top secret pour retenir les machines destructrices. Le Général Herres a fourni les moyens nécessaires à Elisabet Sobeck pour réaliser une base de lancement orbital. Aloy pense qu'il est nécessaire d'aller à cette base pour découvrir la vérité, sauf qu'elle se trouve sous la base des Carjas de l'Ombre... Elle entreprend alors une mission dangereuse en pénétrant dans une base secrète de l'Eclipse pour faire planter le réseau de focus de la secte. Hadès identifie Aloy et donne l'ordre aux machines de l'anéantir. Elle parvient à s'extirper in extremis. 

Sur ordre de Sylens, Aloy se rend à Brunante, une forteresse des Carjas de l'Ombre qui sert de quartier général à l'Éclipse. Elle descend dans les installations souterraines du projet Aube Zéro et découvre une nouvelle porte qu'elle parvient à ouvrir en se faisant passer pour Elisabet Sobeck grâce à son empreinte génétique. Elle apprend alors que le projet Aube Zéro est un programme top secret conçu par Elisabet Sobeck afin de faire face au Fléau Faro, un essaim de robots militaires devenus incontrôlables qui dévorent la biomasse terrestre et condamnent toute vie sur la planète. Le véritable objectif du projet n'était pas de sauver l'humanité de l'époque, mais de recréer la vie après l'extinction de toute forme de vie. Pour cela, Elisabet Sobeck a créé Gaia, une intelligence artificielle chargée de restaurer les océans, la flore, la faune et, enfin, de faire renaître l'humanité grâce à plusieurs sous-fonctions spécialisées. 

Aloy parvient à voler les données du complexe avant d'être capturée par Hélis. Celui-ci la condamne à mort en la jetant dans une arène où elle doit affronter plusieurs machines. Alors qu'elle semble perdue, Sylens intervient en personne pour la libérer. Après avoir éliminé Hélis et ses hommes, Aloy poursuit sa quête.

Elle retourne ensuite à l'Étreinte, qui a été presque entièrement dévastée par l'Éclipse. Avec l'aide des Braves et des survivants Nora, elle repousse l'assaut des machines et sauve les derniers membres de sa tribu. Elle retrouve ensuite les Matriarches devant la Grande Porte. Celle-ci la reconnaît comme une copie génétique d'Elisabet Sobeck et lui permet d'accéder aux ruines. Aloy découvre alors le lieu de sa naissance : une installation Éléuthia, un complexe automatisé chargé de faire naître, élever puis libérer les premiers êtres humains une fois la Terre redevenue habitable. Les enfants qui y vivaient ont finalement quitté le complexe, donnant naissance aux différentes tribus du monde d'Horizon. Aloy comprend également qu'elle n'est pas la fille d'Elisabet Sobeck, mais son clone, créé automatiquement par Gaia afin qu'une personne possédant le même patrimoine génétique puisse un jour accéder aux installations et sauver le système. Elle retrouve un message enregistré par Gaia avant son autodestruction. L'intelligence artificielle explique qu'un mystérieux signal a rendu indépendantes toutes ses sous-fonctions, permettant à Hadès de tenter de reprendre le contrôle du système pour provoquer une nouvelle extinction. Pour empêcher cela, Gaia s'est autodétruite et précise qu'un jour un être humain possédant les mêmes caractéristiques génétiques que sa créatrice lirait ce message afin de poursuivre sa mission. Aloy apprend également que pour arrêter définitivement Hadès, elle doit récupérer le Maître Prioritaire situé dans le complexe Gaia, dans la Montagne Déchue.

En explorant les ruines du complexe Gaia, Aloy découvre plusieurs enregistrements des scientifiques Alpha. Elle apprend qu'Elisabet Sobeck est morte après avoir réparé la porte extérieure du complexe afin de protéger le projet jusqu'à son activation. Dans la salle de contrôle, Aloy découvre les corps des membres du personnel Alpha. Les enregistrements révèlent que Ted Faro, pris de remords et persuadé que les connaissances de l'ancienne humanité conduiraient de nouveau à sa perte, a supprimé l'intégralité de la base de données Apollon, destinée à transmettre le savoir aux générations futures, avant de tuer tous les scientifiques Alpha pour empêcher toute restauration du projet. Sylens finit par avouer qu'il est indirectement responsable de la situation. Fasciné par les connaissances de l'Ancien Monde, il a autrefois aidé Hadès à retrouver certaines installations et à gagner en puissance avant de comprendre que son objectif était d'anéantir toute vie.

Aloy prévient alors le roi Avad que l'Éclipse prépare une attaque contre Méridian afin de s'emparer de la Flèche, une immense tour capable d'amplifier le signal de contrôle des machines. Avant la bataille finale, elle se repose dans les anciens quartiers d'Olin, désormais installés à Méridian. Lorsque l'assaut débute, Aloy affronte Hélis et le tue définitivement. Avec l'aide des Carjas, des Nora, des Oserams et des autres alliés qu'elle a rassemblés au cours de son aventure, elle défend la cité contre une immense armée de machines contrôlées par Hadès. Après un dernier affrontement au sommet de la Flèche, Aloy utilise le Maître Prioritaire pour neutraliser Hadès et mettre fin à son contrôle sur les machines, sauvant ainsi le monde d'une nouvelle extinction. Cependant, après la bataille, Sylens récupère secrètement l'intelligence artificielle Hadès, qu'il enferme dans une lanterne spéciale afin de lui soutirer toutes les connaissances qu'elle possède sur l'Ancien Monde...