Depois que o Coringa ataca a prefeitura de Gotham, ele é pego por Batman e levado para o Arkham Asylum, que abriga temporariamente muitos membros da gangue do Coringa, que foram transferidos após um incêndio na prisão de Blackgate. Acreditando que o Coringa se permitiu ser capturado, Batman o acompanha até o asilo. O plano do Coringa é revelado quando Harley Quinn assume o controle da segurança e o Coringa foge para a instalação, auxiliado por um guarda corrupto que sequestra o Comissário Gordon. O Coringa ameaça detonar bombas escondidas em Gotham City se alguém tentar entrar em Arkham, forçando Batman a trabalhar sozinho. Rastreando Quinn até o centro médico para resgatar Gordon, Batman é exposto à toxina do medo do Espantalho e alucina, vendo a morte de Gordon e os cadáveres de seus pais conversando com ele. Depois de lutar contra o Espantalho, Batman encontra e subjuga Quinn antes de resgatar Gordon. O Coringa então direciona Batman ao Bane capturado, que foi experimentado pela médica do asilo Penelope Young. O Coringa liberta Bane e Batman é forçado a lutar contra ele, durante o qual Quinn escapa. Depois, ele vai para uma instalação secreta da Batcaverna que havia escondido na ilha, onde Batman reabastece seus gadgets.
Lá, Batman descobre que o Coringa voltou ao asilo para obter acesso a Young, que está desenvolvendo Titan - uma versão mais poderosa da droga Venom que dá força a Bane - com a intenção de usá-la para ajudar os pacientes a sobreviver a terapias mais extenuantes. Young descobriu que o Coringa estava financiando sua pesquisa para criar um exército de capangas sobre-humanos; sua recusa em entregar a fórmula precipitou o retorno do Coringa ao Asilo. Enquanto procurava por Young, Batman é novamente atacado pelo Espantalho e pela toxina do medo, e tem alucinações na noite da morte de seus pais. Depois de se recuperar, Batman destrói a fórmula Titan de Young e resgata Young de Victor Zsasz. Uma explosão mata Young e o Coringa obtém os lotes completos de Titã.
Na Penitenciária, Quinn libera Poison Ivy de sua cela antes de ser presa por Batman. Quinn acidentalmente revela que Joker tem uma instalação de produção Titan nos jardins botânicos de Arkham. Batman viaja até lá e descobre que Titã foi criado por plantas geneticamente modificadas. Ele pede a ajuda de Ivy para criar um antídoto e descobre que só pode ser feito de esporos encontrados exclusivamente no covil de Killer Croc em um esgoto. A caminho de Croc, Batman é novamente atacado pelo Espantalho e supera várias doses da toxina do medo. Enquanto isso, Joker injeta Ivy com Titan, aumentando seus poderes. Ivy começa a devastar a Ilha Arkham com plantas mutantes gigantes. Perseguido por Batman até o covil de Croc, o Espantalho é atacado por Croc e arrastado para debaixo d''água. Batman recupera os esporos necessários e subjuga Croc antes de retornar à Batcaverna, mas só pode sintetizar uma dose do antídoto antes que as plantas de Ivy violem a caverna e destruam seu equipamento.
Batman retorna ao jardim botânico e derrota Ivy, detendo as plantas furiosas. O Coringa anuncia que os preparativos para sua festa estão finalmente completos e Batman viaja para o centro de visitantes do asilo, onde os aplausos capangas do Coringa o recebem. O Coringa revela que recapturou Gordon e tenta atirar nele com um dardo cheio de Titã; Batman pula em defesa de Gordon e é baleado em seu lugar. Batman tenta resistir à mudança, e um Coringa chateado toma uma overdose de Titã, transformando-se em um monstro enorme. Em uma arena improvisada no telhado do prédio, o Coringa desafia Batman para uma luta como monstros induzidos por Titã na frente de novos helicópteros. Batman se recusa a se transformar, usa o antídoto em si mesmo e derrota o Coringa afetado pelo Titã e seus capangas, deixando seu inimigo inconsciente com um soco explosivo reforçado com gel. Na sequência, os afetados por Titã começam a voltar ao normal, incluindo o Coringa - que é contido e levado sob custódia enquanto os policiais retomam o asilo. Batman ouve uma ligação sobre um crime liderado por Duas-Caras em andamento e voa de volta para Gotham City no Batwing. Em uma cena pós-créditos, uma caixa de fórmula Titan é mostrada flutuando no oceano perto do asilo quando uma mão surge e a agarra.
Usando uma grande variedade de dispositivos, você deve percorrer a ilha e os corredores do asilo para encontrar e parar o curinga. O jogo usa um sistema de combate de 3 botões, mas com um grande número de habilidades de gadgets que o Batman pode desbloquear. Isso cria uma experiência de combate muito cinematográfica ao lutar contra os capangas do Coringa.