Um ano após os eventos de Tomb Raider, a arqueóloga Lara Croft está lutando para explicar sua experiência do sobrenatural em Yamatai e está passando por um transtorno de estresse pós-traumático. Procurando respostas, ela se volta para a pesquisa de seu falecido pai sobre a cidade perdida de Kitezh e a promessa de imortalidade. A parceira de seu pai, Ana, avisa Lara que seu pai, a obsessão de Lord Croft por Kitezh, o levou à ruína e ao suicídio. Lara a ignora e organiza uma expedição às Cidades Esquecidas no noroeste da Síria, na esperança de descobrir o túmulo do Profeta de Constantinopla, que é uma figura-chave na lenda de Kitezh. O túmulo está vazio, e Lara é interrompida por Trinity - uma antiga ordem de cavaleiros transformada em organização paramilitar que investiga o sobrenatural - e seu líder, Konstantin. Enquanto foge, Lara descobre um símbolo gravado na tumba, que ela vincula a um livro sobre história religiosa russa no escritório de seu pai em Croft Manor. Ela aprende sobre um artefato chamado Fonte Divina, que se diz ser capaz de conceder imortalidade. Depois de discutir com sua amiga Jonah Maiava sobre a existência do artefato, um assassino da Trindade se infiltra na mansão e rouba o livro, levando os dois a irem para a Sibéria. Na Sibéria, Lara e Jonah são separadas por uma avalanche enquanto escalam uma montanha. Por contato via rádio, Lara pede a Jonah que saia e não a procure. Depois de reunir recursos para criar um abrigo e um arco, Lara descobre que Trinity fez de uma instalação da era soviética uma base de operações em sua busca por Kitezh. Lara é pega tentando recuperar o livro e é presa com Ana. Konstantin a força a revelar o que sabe, estrangulando Ana lentamente na frente dela, mas Lara não pode fornecer informações úteis. Ao perceber que Lara não sabe o paradeiro da fonte, Ana revela que trabalha para Trinity e que Konstantin é seu irmão. Ela pede a Lara para se juntar a Trinity, mas ela se recusa e é levada para as células Gulag, onde conhece um homem chamado Jacob. Juntos, eles escapam do Gulag, e Trinity os persegue. Durante a perseguição, Lara está incapacitada e quase se afoga, mas Jacob a salva, e ela mais tarde concorda em ajudá-lo, e seu povo repele Trinity. Ao chegar ao vale do Remanescente, Lara descobre que Jacó é seu líder e que eles são descendentes dos seguidores do Profeta. Trinity ataca repetidamente o Remanescente, justificando o massacre como a vontade de Deus. No entanto, Lara descobre que Ana sofre de uma doença terminal e busca a Fonte Divina para se curar. Jacob avisa Lara que a Fonte Divina é real, mas não o que ela espera que seja. O objetivo de Lara permanece o mesmo, apesar do aviso de Jacob, e ela decide encontrar o Atlas: um artefato que mostra o caminho para Kitezh. Sofia, filha de Jacob, avisa Lara dos Imortais, que guarda o Atlas e mata invasores. Lara encontra o Atlas localizado nos arquivos sob as ruínas de um edifício da Catedral. Ela recupera o artefato e é atacada pelos Mortos. Ela escapa por pouco e depois se reúne com Jonah, que foi encontrado pelo Remanescente e levado ao vale. Ele admite que espionou Trinity, mas Konstantin estava ciente de sua presença e o seguiu na esperança de encontrar Lara. Depois que Lara descobre o caminho para Kitezh, as forças da Trindade retornam ao vale e atacam. Eles pegam o Atlas e capturam Jonah, matando Jacob no processo. Lara retorna ao Gulag para encontrar Jonah. Ela finalmente o faz, mas Konstantin o fere mortalmente. Lara, junto com alguns remanescentes capturados do Gulag, leva Jonas a Jacó, que o cura. Ao testemunhar a rápida recuperação de Jonas, Lara percebe que Jacó é o Profeta, dada a imortalidade pela Fonte Divina. Com Trinity avançando na geleira, que paira sobre Kitezh, Lara é forçada a entrar na cidade em um caminho perigoso e encontra os Imortais, os guardiões imortais da cidade que mantêm o poder da fonte. Lendo jornais escritos por um agente da Trindade, Lara percebe a verdade do aviso de Jacó: a Fonte Divina concede imortalidade à custa de si mesmo. A Trindade rompe o gelo e entra na Câmara das Almas, o lugar que abriga a Fonte Divina. Com a ajuda de Sofia e dos Remanescentes, Lara abre caminho através da Trindade em direção à Câmara das Almas, destruindo o helicóptero de Konstantin. Konstantin sobrevive ao acidente e embosca Lara, mas ela o fere mortalmente. Antes de morrer, Konstantin revela que o pai de Lara não cometeu suicídio, mas foi assassinado por Trinity. Lara entra na Câmara das Almas, mas é tarde demais para impedir que Ana recupere a Fonte Divina. Lara tenta argumentar com Ana sem sucesso. Quando Jacob chega e Os Mortos da Morte se aproximam, Ana ativa a Fonte Divina, mas é dominada por seu poder, dando a Lara a chance de pegar a Fonte Divina e esmagá-la em pedaços, fazendo com que os Mortos da Morte pereçam. A imortalidade de Jacó está perdida, mas está feliz que finalmente chegou a sua hora. Ele garante a Lara que ela fez a diferença e se desintegra pacificamente. Duas semanas depois, em Croft Manor, Lara e Jonah ignoram sua próxima expedição. Lara promete investigar mais mistérios do mundo e frustrar os planos de Trinity. Em uma cena pós-créditos, duas semanas antes de Lara e Jonah deixarem a Sibéria, Lara pergunta a Ana se ela matou o pai. Ana nega, admitindo que Trinity lhe deu a ordem. Antes que ela possa revelar qualquer outra coisa, ela é morta por um atirador de elite, que pergunta a seu superior invisível sobre matar Lara e recebe ordens para se afastar por enquanto.