Thomas Was Alone coloca o jogador no controle de Thomas, uma forma de inteligência artificial que cria consciência e se vê como um pequeno retângulo. Vagando em busca de sentido para a sua existência e por outros seres como ele, Thomas encontra diversos companheiros. Juntos, eles começam a desbravar o sistema que os criou.

Quando a empresa que criou os personagens resolve eliminá-los, por considerá-los falhas no sistema, eles devem encontrar uma maneira de sair dele e acabar no mundo real.