В 1960 году посреди Атлантического океана разбивается самолет, и единственным выжившим остается человек по имени Джек. Ему явно повезло, что он вынырнул перед чем-то, похожим на дверь в подводный комплекс. Не колеблясь, Джек входит в дверь, и его встречают лозунги, восхваляющие город Восторг, рай свободной воли, построенный в 1940-х годах бизнес-магнатом Эндрю Райаном. Однако еще до того, как он усвоит всю новую информацию, спуск в этот обещанный рай заканчивается, и он видит только руины и хаос. Изучение судьбы Восторга теперь будет главной мотивацией Джека, пока он пытается пережить ужасы, созданные идеальным обществом подводного города.
BioShock - это шутер от первого лица с элементами геймплея и техникой повествования, напоминающей игры серии System Shock. Восторг, некогда гордый социальный эксперимент, вдохновленный объективистской философией реального мира писательницы Айн Рэнд, был почти разрушен, его жители либо мертвы, либо стали жертвами причудливых научных экспериментов. Ретро-футуристическая обстановка сочетает в себе элементы научной фантастики с элементами ар-деко и стимпанка, с дизайном интерьера и пропагандистскими плакатами, напоминающими 1950-е годы.
Сюжет игры в значительной степени раскрывается благодаря записанным сообщениям, оставленным обитателями Восторга до того, как они были убиты или мутировали. Таким образом, большая часть развития сюжета посвящена реконструкции событий прошлого, аналогично играм System Shock. Ограниченное использование скрытности, возможность взлома камер видеонаблюдения и других устройств, а также развитие персонажа - вот элементы игрового процесса, которые еще больше привязывают BioShock к его духовным предшественникам.
По своей сути, однако, игра более ориентирована на действие, ограничивая ролевую механику System Shock 2 способностями и улучшениями, которые могут быть приобретены и экипированы главным героем. Большинство врагов в игре - это сплайсеры, мутировавшие и безумные жители Восторга. Главный герой обладает арсеналом огнестрельного оружия для борьбы с ними, но также способен использовать плазмиды, которые действуют аналогично магии и истощают особую энергию, называемую ЕВОЙ. Различные типы плазмидов могут непосредственно наносить вред врагам, саботировать их движения или усиливать защиту игрового персонажа. Тактика боя часто основывается на последовательном использовании различных видов оружия и плазмидов. Например, заключив врага в лед с помощью плазмиды, можно разнести его на куски одним выстрелом; защищая себя электрическим щитом, главный герой может убивать врагов электрическим током и поражать их оружием ближнего боя. В зависимости от моральных решений игрока история игры будет заканчиваться разными концовками.