L.A. Noire sijoittuu 1940-luvun Los Angelesin hämärään ja väkivaltaiseen alamaailmaan, kun ansioitunut veteraani ja vastavalmistunut etsivä Cole Phelps tutkii kiihtyvää sarjaa tapauksia, jotka ovat saaneet vaikutteita todellisista rikoksista. Jokainen onnistuneesti ratkaistu tapaus tuo Phelpsille enemmän menestystä, mutta myös lähemmäs sodanjälkeisen L.A:n synkkää rikollisuutta. Peli oli Tribeca Film Festivalin virallinen valinta elokuvamaisen lähestymistapansa vuoksi pelattavuuteen ja kerrontaan.

L.A. Noire käyttää MotionScan-nimistä ainutlaatuista kasvojenkaappausteknologiaa, joka herättää hahmojen suoritukset ennennäkemättömällä tavalla eloon ja luo kuulustelutaidosta aivan uutta pelattavuutta.