Được đánh giá là một trong những tựa game độc lập ấn tượng nhất, Undertale sở hữu cốt truyện có chiều sâu, với mỗi quyết định của người chơi đều ảnh hưởng đến những tương tác với các nhân vật xung quanh và cái kết của game
Trong thế giới game indie, đôi khi đồ họa không phải là điểm nhấn của trò chơi, mà những câu chuyện ẩn sâu bên trong nó, và lối chơi để lại nhiều cảm xúc mới là thứ khiến người ta nhớ mãi. Đó cũng là điều mà tựa game Undertale do một người duy nhất phát triển là Toby Fox nhắm đến, khi game sở hữu hình ảnh vô cùng đơn giản, với lối chơi đánh theo lượt kết hợp giải đố, trong đó người chơi phải điều khiển nhân vật của mình là một trái tim và tránh những đòn tấn công của đối thủ, rồi đưa ra quyết định giết, thả cho chạy thoát hoặc kết bạn với chúng. Game có nhiều nhánh cốt truyện và kết thúc khác nhau tùy thuộc vào quyết định của người chơi, do đó hoàn toàn có thể thắng game mà không cần giết bất kì kẻ thù nào. Đặc biệt, cốt truyện của Undertale thực sự là điều khiến cho nó trở thành một trong những tựa game có cốt truyện được đánh giá cao nhất trên Steam.
Câu chuyện của Undertale diễn ra trong một chiều không gian gọi là Underground, nơi mà những con quái vật, vồn từng sống yên ổn với con người, đã bị lưu đày tới đây sau khi nổ ra chiến tranh giữa hai chủng loài. Underground bị niêm phong tách biệt khỏi thế giới trên mặt đất bởi một hàng rào ma thuật, với lối vào duy nhất nằm ở ngọn núi Ebott. Một đứa trẻ loài người đã vô tình rơi xuống Underground và gặp gỡ Flowey, một bông hoa khoa học giải thích về cơ chế của trò chơi, và khuyến khích cậu bé tăng "LV" hoặc "LOVE" của mình lên bằng cách thu thập "EXP" thông qua việc giết những con quái vật. Khi Flowey cố gắng chiếm đoạt linh hồn đứa bé, cậu được cứu bởi Toriel, con quái có hình dạng giống một con dê mẹ, và biết được cách giải quyết câu đố, cũng như sống sót trong Underground mà không phải giết bất kì ai. Toriel cố gắng nuôi nấng cậu bé, với mong muốn bảo vệ cậu khỏi vị vua của Underground, Asgore Dreemurr.
Sau một thời gian, cậu bé quyết định rời khỏi Toriel để tìm đến lâu đài của Asgore, nơi có hàng rao ma thuật dẫn lên thế giới trên mặt đất. Suốt chặng đường đi, cậu bé gặp gỡ rất nhiều quái vật khác nhau: Anh em xương khô Sans và Papyrus, chịu trách nhiệm canh gác khu rừng Snowdin; Undyne, người đội trưởng của quân đội Hoàng gia; Alphys, nhà khoa học trung thành với vương quốc; và Mettaton, một con robot kiêm ngôi sao truyền hình do Alphys tạo ra. Một vài con quái chiến đấu với cậu, và cậu bé phải chọn giữa giết chúng hoặc tha thứ và trở thành bạn. Trong suốt hành trình của mình, cậu bé biết được nguyên nhân thực sự dẫn đến cuộc chiến tranh giữa con người và quái vật. Asriel, con trai của Asgore và Toriel, đã kết bạn với đứa trẻ loài người đầu tiên rơi xuống Underground và được nhận nuôi bởi Asgore với Toriel.
Một ngày nọ, cậu bé vô tình chết do ăn phải hoa bị nhiễm độc. Khi Asriel đưa xác cậu bé về với con người, họ tấn công và khiến cậu bị thương nặng rồi chết, do đó Asgore tuyên bố chiến tranh. Giờ đây, Asgore muốn phá vỡ hàng rào chắn để tiến lên thế giới con người, và ông cần 7 linh hồn con người để làm điều đó, mà ông đã có 6 trong tay. Undertale sẽ có 3 cái kết chính tùy thuộc vào cách mà người chơi đối mặt với những con quái vật. Nếu người chơi giết một số nhưng không phải giết hết (Hay trong lần chơi đầu tiên mà người chơi không giết bất kì con quái nào), cậu bé con người sẽ tìm đến lâu đài Asgore và nhận ra cần có một linh hồn quái vật để vượt qua rào chắn, do đó buộc phải chiến đấu với Asgore. Tuy vậy, Sans sẽ chặn đường cậu bé, và tiết lộ rằng "LOVE" của cậu thực chất là "Cấp độ bạo lực" (Level of Violence), và "EXP" là "điểm giết chóc". Sans sẽ phán xét cậu bé dựa trên kết quả tổng hợp của những cuộc đối đầu trước đó.
Cậu bé sẽ đánh nhau với Asgore, nhưng Flowey lại ngăn cản, giết chết Asgore và trộm lấy những linh hồn con người ông ta đang giữ. Với sự trợ giúp của các linh hồn nổi loạn, cậu bé đánh bại Flowey rồi rơi vào hôn mê, và tỉnh lại ở phía của con người bên kia rào chắn. Lúc này cậu nhận được cuộc gọi từ Sans, nghe giải thích về tình trạng của Underground sau khi cậu rời đi. Cái kết này được xem là một kết thúc Trung Lập, và có rất nhiều cuộc gọi khác nhau sau khi hoàn tất, tùy thuộc vào số lượng quái vật bị giết và được tha chết. Nếu người chơi không giết một con quái nào và từng hoàn thành một lần chơi trước đó (Trung lập thụ động), Flowey sẽ tiết lộ bản thân mình là một dạng tái sinh của Asriel, được tạo ra thông qua thí nghiệm của Alphy. Toriel sẽ can thiệp trước khi cậu bé con người đánh nhau với Asgore, và gia nhập cùng nhóm những con quái vật mà cậu bé đã kết bạn. Lúc này, Flowey bất ngờ tấn công cả nhóm, giành lại toàn bộ linh hồn con người cũng như linh hồn của toàn bộ quái vật, tạo ra hình dạng lớn hơn của Asriel để chiến đấu.
Cậu bé liên kết với những linh hồn bạn bè quái vật trong lúc chiến đấu, và cuối cùng giành chiến thắng. Asriel trở về với hình dạng trẻ con của mình, phá hủy rào chắn, và bày tỏ sự hối hận của mình với những người khác trước khi ra đi. Cậu bé cũng rơi vào hôn mê, và tỉnh lại trong vòng tay bạn bè xung quanh mình, đồng thời cũng hé lộ tên thật của cậu: Frisk. Quái vật và loài người đã chung sống trở lại với nhau, còn Frisk có thể chấp nhận Toriel làm mẹ nuôi của cậu. Đây được xem là kết thúc "Hòa bình", hay còn gọi là "Hòa bình Chân chính". Cái kết cuối cùng là khi người chơi giết hết quái vật, khiến cho Frisk bị tác động bởi Chara, cậu bé con người đầu tiên rơi xuống đây mà Asriel đã cố trả lại xác cậu cho loài người. Khi Frisk đến lâu đài của Asgore, Sans cố gắng ngăn cậu nhưng cũng bị giết. Flowey giết Asgore nhằm đổi lấy sự thương hại, nhưng Frisk cũng xuống tay với Flowey. Lúc này Chara chiếm lấy quyền kiểm soát và tiêu diệt vũ trụ. Để có thể thay đổi mọi thứ, Frisk phải đưa linh hồn mình cho Chara để khôi phục lại vũ trụ.