Heavy Rain mở đầu với một không gian u ám trong đó nhân vật chính là Ethan Mars, một kiến trúc sư tài ba sống cùng vợ (Grace) và 2 con trai (Shaun và Jason). Thế nhưng định mệnh đã không cho Ethan hạnh phúc được bao lâu sau bữa tiệc sinh nhật lên 10 của Jason. Vì là một dịp đặc biệt, cả gia đình quyết định cùng nhau đi mua sắm tại một trung tâm thương mại địa phương. Bỗng nhiên, Jason đã lẻn bố chạy ra khỏi khu trung tâm đông đúc, băng qua làn đường chính, nơi xe ô tô đang qua lại với tốc độ cao. Ethan nhanh chóng đuổi theo con, nhưng cũng chỉ vừa kịp lao ra chắn cho Jason khỏi cú tông trực diện của một chiếc xe hơi đang lao đến. Tai nạn khiến Ethan rơi vào tình trạng hôn mê trong 6 tháng cùng những chấn thương về não nặng nề, còn Jason dù đã được bố che chở nhưng vẫn không qua khỏi sau tai nạn đó.
Xuất viện được một thời gian, Ethan li dị Grace và cùng đứa con còn lại (Shaun) chuyển đến một ngôi nhà nhỏ ở vùng ngoại ô thưa thớt. Hai năm sau tấn bi kịch lại tiếp tục, vào một ngày khi 2 cha con đang ở công viên thì Ethan đột ngột bất tỉnh, còn Shaun lại biến mất không một dấu vết. Trong cơn hoảng loạn, Ethan đến ngay sở cảnh sát để tìm sự giúp đỡ và nhận ra rằng Shaun đã có thể bị bắt cóc bởi "Origami Killer", một tên sát nhân hàng loạt luôn lợi dụng những đợt mưa lớn kéo dài để dìm chết các bé trai vào mỗi mùa thu. Hắn luôn để lại một nhánh hoa lan cùng một hình xếp giấy origami gần thi thể tại hiện trường.
Cốt truyện xuất hiện thêm một nhân vật là Norman Jayden – nhân vật chính thứ 2 được đưa vào để hỗ trợ cho công cuộc săn tìm kẻ giết người. Jayden là một nhân viên FBI được cử đến để điều tra về nạn nhân mới nhất của Origami Killer, bị dìm chết trong một phòng giam ngập nước mưa. Dựa vào dự báo thời tiết, Jayden ước tính nạn nhân tiếp theo (Shaun) chỉ còn ba ngày để sống. Sự việc diễn biến lên cao trào và để lánh khỏi cánh phóng viên, Jayden sắp xếp cho Ethan tạm trú ở một nhà nghỉ vắng vẻ. Tại đây, Ethan nhận được đầu mối đầu tiên là lá thư từ kẻ giết người dẫn đến một hộp đựng giày có chứa một chiếc điện thoại di động, một khẩu súng ngắn và năm hình xếp giấy origami. Kẻ giết người gọi cho anh và giải thích rằng, mỗi hình xếp đều có hướng dẫn về cách hoàn thành một thử thách để xem “anh có thể đi xa đến mức nào để cứu người mình yêu thương?”.
Mỗi khi hoàn thành 1 thử thách, anh sẽ nhận lại được một mảnh giấy gợi ý nơi Shaun bị bắt giữ. Các thử thách buộc Ethan phải đưa ra các quyết định đạo đức ngày càng khó khăn, bao gồm lái xe tốc độ cao trên xa lộ, bò qua mê cung đầy các mảnh kính vỡ và chằng chịt dây điện cao thế, tự cắt đứt một ngón tay của mình trong 5 phút, đột nhập vào căn hộ rồi giết một kẻ buôn bán ma túy trước mặt gia đình của hắn và uống một ly thuốc độc trước máy quay phim.
Trong khi trải qua các thử thách thì Ethan gặp nhân vật chính tiếp theo của câu chuyện, Madison Paige, một nhà báo đôi khi qua đêm tại các khách sạn rẻ tiền để đối phó với chứng mất ngủ mãn tính của mình. Cảm động trước hoàn cảnh của Ethan, Madison quyết định cùng anh tiến hành cuộc điều tra về Origami Killer và giúp anh hoàn thành nhanh chóng các thử thách của kẻ giết người. Trong khi đó bên phía cảnh sát, Jayden cùng cộng sự của mình là trung úy Carter Blake cũng điều tra vài nghi can bao gồm một người bán thịt và một kẻ cuồng tín. Thế nhưng cả hai đều không thu thập được gì cho đến khi Grace đến trạm báo cáo rằng người chồng cũ có thể dính líu đến sự biến mất đầy bí ẩn của con trai mình.
Với sự tiết lộ của Grace, Jayden cùng Blake nhanh chóng liên hệ đến bác sĩ tâm lý từng điều trị cho Ethan. Sau khi biết được tiểu sử chấn thương tâm lý nặng nề của Ethan cùng di chứng về não do tai nạn xe hơi 2 năm trước, Blake đã nhanh chóng thông báo cho cấp trên đưa ra lệnh bắt giữ khẩn cấp đối với Ethan Mars. Nhưng may mắn thay, Madison vô tình biết được lệnh bắt giữ này nên đã giúp Ethan trốn đi trước khi phía cảnh sát đến. Jayden phản đối lập luận đầy sơ hở cùng lệnh bắt giam vội vã của Blake nên đã tiếp tục cuộc điều tra với tư cách cá nhân và giữ bí mật các đầu mối mà anh đã tìm được với cộng sự của mình.
Trong khi đó, nhân vật chính cuối cùng – thám tử tư Scott Shelby, chuyên điều tra về gia đình các nạn nhân của Origami Killer. Ngoài tìm hiểu về cách thức tên giết người hành động cùng cách mà hắn lựa chọn các nạn nhân của mình, Scott cũng thu thập các bức thư và đồ vật mà các thân nhân nhận được từ tên giết người này để làm bằng chứng. Một trong số các thân nhân được Scott tìm đến đó chính là cô gái "bán hoa" tên Lauren Winter. Đau đớn trước cái chết của con trai và khát khao được trả thù, cô đã thuyết phục Scott cho phép mình tham gia vào cuộc điều tra này. Các đầu mối dẫn họ đến chỗ thợ máy Manfred và phát hiện ra cái chết của John Sheppard vào 30 năm trước khi mới 10 tuổi. John chết chìm trong mương nước dưới sự chứng kiến của anh trai mình, y hệt phương thức giết người của Origami Killer. Điều này khiến Lauren nghi ngờ anh ruột của John chính là kẻ giết người Origami khét tiếng. Cô nhanh chóng kể cho Scott nghe về sự nghi ngờ của mình.
Thế nhưng, Scott lại lẳng lặng bỏ đi ngay sau khi nghe Lauren trình bày và đốt hết tất cả những chứng cứ quan trọng mà hắn thu thập được suốt thời gian qua. Lúc này, Scott lộ diện mình chính là kẻ sát nhân Origami, đồng thời cũng là người anh song sinh của John Sheppard. Lauren sau khi bị bỏ lại đã truy tìm Scott và dùng súng để đối mặt với tên sát nhân, tuy nhiên cô đã thất bại khi để Scott trốn thoát. Cô nhanh chóng liên lạc với Madison, cung cấp hết mọi thông tin mà mình biết với hi vọng với sự giúp sức của Madison, Scott sẽ bị bắt còn cô thì được báo thù.
Về phần Ethan, sau khi đã hoàn thành xong các thử thách của kẻ giết người, anh nhận được địa chỉ dẫn đến 1 nhà máy bị bỏ hoang, nơi Shaun đang bị giam giữ. Dưới cơn mưa tầm tã, Ethan và Scott đối đầu nhau ngay tại nhà máy, nơi Scott tiết lộ toàn bộ nguyên nhân phạm tội của mình. Hắn giương súng lên định kết liễu Ethan thì bị Jayden tấn công bất ngờ từ phía sau. Hắn nhanh chóng bỏ chạy dưới sự truy đuổi sát sao của Jayden, giúp Ethan có vừa đủ thời gian để cứu Shaun đang ngụp lặn trong bể chứa nước của nhà máy. Tên sát nhân chống trả quyết liệt khi bị viên cảnh sát FBI dồn đến đường cùng, nhưng xui xẻo trượt chân mà ngã từ trên cao xuống đất chết. Còn về Madison, tuy cô không đi cùng Ethan đến hiện trường nhưng đã kịp thời mang mọi chứng cứ còn sót lại đến cho phía cảnh sát, giúp anh chứng minh được sự trong sạch của mình.
Sau sự kiện đó, Ethan, Madison và Shaun bắt đầu cuộc sống mới với tư cách là một gia đình, còn Jayden thì được thăng chức và nổi như cồn trên TV. Thi thể của Scott được chôn cất bên cạnh người em trai quá cố, tuy nhiên bản flashback cũng tiết lộ quá khứ đáng thương của 2 anh em, làm sáng tỏ sự căn nguyên dẫn đến sự độc ác của Scott Sheppard.
Cảm động, kịch tính và trên hết là cực kỳ đề cao tình cảm gia đình, thế nhưng Heavy Rain lại hoàn toàn không phải là tựa game cho những game thủ "nhạy cảm", vì cốt truyện mà Motgame lựa chọn là một trong những cốt truyện viên mãn nhất, đồng thời cũng đầy đủ và trọn vẹn nhất. Tuy nhiên trên thực tế, hầu hết cái kết của Heavy Rain đều rơi vào các trường hợp khi 1 hoặc nhiều nhân vật chính phải bỏ mạng, kể cả Shaun, Ethan và Madison, trong số đó còn có những cái chết khá u ám khiến người chơi bị ám ảnh đúng nghĩa đen. Thế nhưng đây mới chính là điểm sáng giá nhất của Heavy Rain, giúp tựa game thắng đậm từ mặt thương mại cho đến giới chuyên môn, khiến game thủ cứ phải xuýt xoa trước những tình tiết hết sức giật gân và hồi hộp của tựa game này.