17 semanas após os eventos de Aliens, um batalhão completo de fuzileiros navais coloniais viaja para LV-426 a bordo do USS Sephora em resposta a um pedido de socorro enviado pelo cabo Dwayne Hicks. Após a chegada, a Sephora atraca com o USS Sulaco, agora de alguma forma em órbita ao redor de LV-426, apesar de ter sido avistado pela última vez acima de Fiorina "Fury" 161, e envia fuzileiros navais a bordo para investigar. Uma enorme infestação de Xenomorfos é descoberta dentro do navio e vários fuzileiros navais são mortos no ataque inicial. Enquanto investigam o navio, o cabo Winter, o soldado O''Neal e a soldado Bella Clarison descobrem que os PMCs Weyland-Yutani estão agora no comando do Sulaco e estão criando Xenomorfos a bordo para estudo.
Os mercenários corporativos hostis atacam a Sephora usando o armamento da Sulaco e ambas as naves são destruídas após a retaliação da Sephora. Winter, O''Neal, Bella, seu comandante Capitão Cruz, Sephora andróide Bishop e o piloto Tenente Reid escapam a bordo do dropship de Reid e se abrigam nas ruínas do complexo da colônia Hadley''s Hope em LV-426, que agora está quase completamente destruído após a detonação de sua Planta de Processamento de Atmosfera. Cruz ordena que todos os sobreviventes da Marinha Colonial restantes se reúnam na colônia, na esperança de resistir até que um resgate chegue. Ao investigar as ruínas da colônia, Winter descobre Xenomorfos que só reagem ao som e ao movimento e atacam explodindo suicidamente, bem como o cadáver do Sulaco Marine Private Hudson.
Com sua posição tão segura quanto eles podem esperar, Cruz ordena que Winter viaje para um centro de pesquisa Weyland-Yutani próximo, instalado perto do navio abandonado e recupere um manifesto que identifica um prisioneiro desconhecido que a empresa capturou, aparentemente um sobrevivente de o Sulaco. Parece que Bella está grávida de um Chestburster e, na tentativa de salvá-la, Winter e O''Neal aceitam a missão e escoltam Bella até a instalação, onde pretendem "convencer" o pessoal sobrevivente a remover o embrião. No entanto, ao chegar, um oficial médico interrogado de Weyland-Yutani explica a eles que a vida de Bella não pode ser salva, pois, mesmo que o embrião seja extraído com sucesso, a placenta invasiva da criatura é cancerígena e a matará de qualquer maneira. Bella morre quando o Chestburster eclode enquanto ela se despede de Winter e O''Neal.
Winter e O''Neal recuperam o manifesto que foram enviados para encontrar e resgatar o prisioneiro, revelado ser o cabo Hicks, que explica que Weyland-Yutani interceptou e embarcou no Sulaco antes de sua chegada à Fiorina 161. Um incêndio na baía de hipersono posteriormente fez com que Ripley, Newt e Lance Bishop fossem alijados do navio em um EEV, junto com o corpo de um homem não identificado que foi confundido com o cabo. O próprio Hicks foi capturado pelo pessoal da Weyland-Yutani e submetido a tortura durante o interrogatório, supervisionado por Michael Weyland em uma tentativa de aprender mais sobre as origens dos Xenomorfos e obter o controle dos sistemas de armas da Sulaco.
De Hicks, os fuzileiros navais no LV-426 descobrem que uma nave com capacidade para FTL está atracada no centro de pesquisa, representando a última chance para os sobreviventes escaparem da lua. Depois de reunir o pessoal restante da Sephora e lutar contra um ataque Xenomorfo na colônia, o Capitão Cruz ordena um ataque total ao complexo Weyland-Yutani na esperança de capturar a nave FTL. Winter e Hicks lideram o avanço, mas o navio parte minutos antes que eles possam alcançá-lo. Em uma última tentativa desesperada, Cruz pilota um dropship até a embarcação em fuga e bate em seu hangar. Winter é confrontado pela Rainha Xenomorfo no hangar e tenta ejetá-la usando um sistema de lançamento de carga, mas falha quando ela sobe de volta a bordo. Cruz se sacrifica quando lança o dropship danificado diretamente no Queen, impulsionando ambos para a atmosfera superior de LV-426.
Winter, O''Neal, Reid, Bishop e Hicks encontram e confrontam Michael Weyland, mas Hicks deduz que ele é apenas um andróide duplo deixado para trás como uma isca e o executa sumariamente. Em busca de informações úteis, Bishop se conecta à CPU do andróide destruído e afirma que tem "tudo", preparando o terreno para um novo confronto entre os fuzileiros navais coloniais e a Weyland-Yutani Corporation.
Aperte o cinto, soldado! Bem-vindo ao Aliens: Colonial Marines. Criado pela Gearbox, os desenvolvedores aclamados pela crítica e favoritos dos fãs de Borderlands e Brothers In Arms, você e seus amigos se tornarão a equipe militar mais durona da galáxia - os fuzileiros navais coloniais dos EUA. Cabe a você não apenas sobreviver, mas acabar com a infestação de Xeno.