《光环4》的剧情介绍如下：
故事背景：游戏背景设定在《光环3》故事结束的四年七个月十天之后，士官长回归，面对自己的命运以及威胁宇宙的古老敌人，展开全新冒险。
太空漂流：2552年12月11日，士官长与科塔娜在“航向黎明号”护卫舰后半部分内开始了四年多的太空漂流。期间，科塔娜升级了雷神锤6盔甲，但随后因超出人工智能七年寿命而变得癫狂。
战斗开始：2557年7月21日，“航向黎明号”接近先行者人造行星，科塔娜发现有不明飞行器入侵，复苏士官长，战斗由此展开。
遭遇暴风叛军：士官长在前往观测台的途中，遭到暴风叛军袭击。暴风叛军决定唤醒宣教士来消灭人类。士官长摧毁领头驱逐舰后，与“航向黎明号”一起被吸入行星内部，坠落行星表面并失去意识。
行星探险：士官长恢复意识后，与科塔娜在行星上探险，发现先行者建筑遗迹，得知行星是先行者建造的盾世界——安魂星。同时，收到人类战舰UNSC无限号的讯息，但讯号中断，两人遭到数据生命体袭击，决定摧毁能量脉冲仪。
核心战斗：士官长在行星核心摧毁能量脉冲仪，却遭到先行者武侍阶级普罗米修斯战团和暴风叛军的阻挠。宣教士从安魂星核心被释放，并击败士官长。
无限号救援：士官长驾驶幽灵号逃脱，回到地表发现无限号坠毁在安魂星上。士官长解救被困的副舰长拉斯基，并消灭敌人，返回无限号。在无尽号上，士官长消灭风暴叛军，启动防御平台逼退宣教士，并完成炸毁重力井和解决粒子大炮的任务。
最终对决：士官长得知宣教士想用重组机将人类变成数据生命体，拒绝交出科塔娜，并在拉斯基的帮助下阻止宣教士。在一番苦战后，士官长在科塔娜的协助下击败宣教士，将其打入宇宙。随后，士官长引爆核弹，使重组机爆炸并摧毁宣教士的旗舰衣钵临世号。士官长幸存，但科塔娜牺牲。
结局：士官长在无尽号上卸下了穿戴了五年的盔甲，故事结束。
