Após o fim da Segunda Guerra Mundial, a paz tão necessária foi alcançada e deve ser protegida, então Cole Phelps, um veterano de guerra condecorado, retorna a Los Angeles, Califórnia, para sua esposa e se junta ao LAPD. Ação-aventura neo-noir, L.A. Noire permite que os jogadores resolvam casos de crime coletando pistas, coletando depoimentos de testemunhas e interrogatórios. A animação facial altamente detalhada permite que os jogadores detectem a emoção exata que a testemunha ou o suspeito está expressando, e pode se tornar uma dica importante em um caso. A resolução de crimes lenta e meticulosa é interrompida por cenas de ação em ritmo acelerado, incluindo perseguições de carros, tiroteios e combate corpo a corpo. Após cada caso, o desempenho do jogador será avaliado por 1-5 estrelas, dependendo de como eles agiram durante os interrogatórios e quão bem eles procuraram as pistas. Além dos casos da história principal, o detetive Cole pode se envolver em investigações secundárias opcionais, conhecidas como Crimes de Rua.
