L'histoire d'Undertale prend place dans l'Underground, une partie du monde où les monstres, vivant autrefois en paix avec les humains, furent bannis après une guerre entre les deux races. Cette zone est séparée de la surface par une barrière magique imparfaite, le seul moyen d'y entrer se trouvant au mont Ebott. Un enfant humain tombe dans l'Underground et rencontre Flowey, une fleur dotée d'une conscience apprenant les mécaniques de jeu et encourageant l'humain à augmenter son « LV », ou « LOVE », en gagnant de « l'EXP » en tuant des monstres. Lorsque Flowey tente de tuer l'humain pour lui dérober son âme, celui-ci est secouru par Toriel, un monstre bipède femelle ressemblant à une chèvre, qui le prend sous sa protection et lui apprend à résoudre les puzzles et terminer les combats de manière pacifique. Elle prévoit initialement d'adopter l'humain afin de le protéger d'Asgore Dreemurr, le roi du souterrain. L'humain quitte finalement Toriel et part à la recherche du château d'Asgore, qui abrite la barrière menant à la surface. Sur son chemin, l'humain rencontre plusieurs monstres, tels que les frères Sans et Papyrus, deux squelettes sentinelles ; Undyne, chef de la garde royale ; Alphys, scientifique du royaume ; et Mettaton, un robot animateur de télévision créé par Alphys. Certains de ces monstres sont combattus, l'humain ayant alors le choix de les tuer ou de les épargner ; les monstres épargnés devenant des amis. Durant l'aventure, l'humain apprend la cause de la guerre entre les humains et les monstres. Asriel, fils d'Asgore et de Toriel, est devenu ami avec Chara, un enfant humain lui aussi tombé dans le souterrain et qui a été ensuite adopté par ces deux derniers. Un jour, l'enfant est fatalement empoisonné par des fleurs. Lorsque Asriel ramène le corps aux humains, ceux-ci l'attaquent et le tuent, croyant que l'état de l'enfant a été causé par Asriel. En apprenant cela, Asgore est amené à leur déclarer la guerre. Ce dernier cherche donc à casser la barrière séparant le souterrain de la surface, pour ce faire il a besoin de sept âmes d'humains, en possédant six lors des événements du jeu.