Игра была официально анонсирована Valve 5 марта 2010 года; её выпуск назначен к «грядущему праздничному сезону» — вероятно, имеются в виду зимние праздники, так как журнал «Game Informer» определил релиз игры на осень этого года. Сайт GameStop уже выставил предварительный заказ Portal 2 на ПК и игровую приставку Xbox 360 и даже указал точную дату выхода — 26 октября, что, однако, ещё не было подтверждено Valve. Сравнивая Portal и его продолжение, Valve подчёркивает, что первая часть была лишь экспериментом, в то время как Portal 2 является уже полноценной игрой с совершенно новыми элементами геймплея и гораздо большей продолжительностью. Более того, на конференции GDC 2010 директор Valve Гейб Ньюэлл заявил, что Portal 2 — это лучшая игра за всю историю существования компании.
С анонсом Portal 2 «Game Informer» начал публикацию большого количества официальной информации о геймплее и сюжете игры.
Сюжет Portal 2 развивается через несколько сотен лет после событий первой части. Персонажем игрока станет та же подопытная девушка Челл, которая, по-видимому, провела всё это время в анабиозе (возможно, в состоянии стазиса). Она вновь окажется в Лаборатории исследования природы порталов, часть которой была разрушена и пришла в запустение. Более того, Челл опять будет вовлечена в испытания суперкомпьютера ГЛэДОС, которая сумела восстановить себя после ущерба, нанесённой ей в конце первого Portal. ГЛэДОС, однако, не станет спешить с местью, намереваясь забыть разногласия со своей убийцей «ради науки».
В игре появится новый персонаж — Уитли, один из модулей персональности, которых в большом количестве показали в конце первого Portal. Несколько робкий Уитли, обеспокоенный своей судьбой и судьбой Лаборатории, станет проводником Челл на первых уровнях игры и будет помогать ей, рассчитывая на взаимовыгоду.
В кооперативном режиме присутствует своя отдельная сюжетная линия, связанная, тем не менее, с сюжетом одиночной игры. Игроки возьмут на себя роль двух андроидов, собранных из частей автоматических турелей и модулей персональности и стилизованных под женщину и мужчину. Голос компьютера ГЛэДОС так же будет сопровождать их во время прохождения тестовых камер, однако относиться к ним будет с тем же безразличием и иронией, что и к Челл.
До официального анонса игры название «Portal 2» использовалось среди разработчиков и игроков только как рабочее[12], что подкрепляло мнение множества людей о том, что новая игра будет не продолжением первой, а её предысторией. Такая теория возникла, когда Valve занялась поиском актёров для озвучивания другого нового персонажа игры — основателя Aperture Science Кейва Джонсона, который, как уже было известно, умер ещё до событий Portal (см. События до сюжетной линии Portal).[13] Однако позже Valve приоткрыли больше биографических данных об этом персонаже: оказалось, что разум Джонсона после смерти был воплощён в компьютерную форму, в которой, видимо, и появится в игре.
Разработчики обещают в новой игре намного больше юмора, чем в первой части Portal, тем самым ожидая больше мемов в Интернете после выхода игры.
