Modern Warfare 2 si presenta come il seguito di Call of Duty 4: Modern Warfare. La trama si sviluppa cinque anni dopo la morte di Imran Zakhaev in una Russia ancora in preda alle divisioni provocate dalle fazioni ultranazionaliste. Più precisamente, la Russia è in preda ad una corrente ultranazionalista che celebra l'ex leader Imran Zakhaev come eroe e gli dedica un aeroporto. Da quanto osservabile nei filmati promozionali che hanno preceduto l'uscita del gioco, le varie missioni saranno ambientate in molte zone del globo tra cui Russia, Kazakhstan, Afghanistan, Rio de Janeiro ed una Washington D.C. in preda alla guerra.

Il principale nemico sarà Makarov, un seguace di Imran Zakhaev. Esso è anche un mercenario, venduto ai più, come osservabile nel trailer precedente la missione 4 (viene definito "Puttana" dal Generale della Task Force 141, dove lavora uno dei due protagonisti). Tra i personaggi giocabili è presente il soldato Gary "Roach" Sanderson, accompagnato dal capitano John "Soap" McTavish, già visto nel precedente capitolo; come giocatore americano è presente il soldato di prima classe Joseph Allen del 75° reggimento Ranger dell'US Army. Dopo due missioni in questo corpo, viene scelto come combattente della CIA, e più precisamente del 141 team, dove è impiegato anche l'altro protagonista, Roach, come visibile dai primi filmati di presentazione. Inoltre una delle missioni sarà in veste di terrorista: durante questa missione si uccideranno civili e si combatteranno forze di polizia antiterrorismo: si tratta della missione "Niente Russo", dove Joseph Allen diverrà infiltrato tra i ranghi di Makarov per ucciderlo. Ma alla fine il protagonista morirà ucciso dall'ultranazionalista, che vede questo come "segnale di una nuova Russia". Quindi dopo la morte del soldato Allen, il giocatore impersonerà il soldato James Ramirez, sempre del 75° Reggimento Ranger dell' US Army. Sarà, inoltre, possibile giocare una delle missione in "stile" Navy Seal.

Alla mostra di Videogames E3 2009 è stata mostrata la prima missione di Call Of Duty Modern Warfare 2, dove, a Rio de Janeiro, la Task Force 141 cerca di trovare un collegamento per Makarov attraverso un uomo, il vostro compito è di catturarlo.