Mirror's Edge: Catalyst opowiada historię Faith - doświadczonej Sprinterki, która przed dwóch laty trafiła do "poprawczaka" (tutejszego połączenia więzienia z ośrodkiem wychowawczym), a w momencie rozpoczęcia gry z niego wychodzi. Już po pierwszych kilku krokach poznaje nowego kompana w ekipie dowodzonej przez Noaha - Ikara. Naczelną zasadą Sprinterów jest niewchodzenie w drogę Gabrielowi Krugerowi, szwarccharakterowi i tyranowi Miasta Szkła, w którym rozgrywa się akcja gry.

Podczas jednej z relatywnie rutynowych misji zleconej dla kogoś z zewnątrz, polegającej na kradzieży niegroźnych planów Krugera, Faith w ośrodku badawczym zauważa jednego ze szpiegów Omnistatu. Rusza za nim. Gdy na miejscu pojawia się sam Gabriel wraz ze swoją córką, Izabelą, obezwładniają napastnika. Dane zgrane przez szpiega przejmuje bohaterka i od teraz zaczynają się jej kłopoty.

Noah zapoznaje Faith z Plastic - niezwykle zdolną, lecz nieco dziwną, programistką z Mieście Szkła - która ma wyciągnąć dane ze zdobytego urządzenia. Protagonista w międzyczasie wykonuje kilka robótek dla Doegena - biznesmena-przestępcy żyjącego w podziemiu - ponieważ wisi mu sporo pieniędzy.

Plastic po rozszyfrowaniu danych dowiaduje się, że to projekty Odbicia - magnum opus Krugera. Technologia pozwala na zdalną kontrolę nad mieszkańcami, pozwalając kontrolować m.in. ich emocje oraz uczucia. W tym samym czasie oddziały żołnierzy Gabriela Krugera napadają na siedzibę Sprinterów i zabijają wszystkich - łącznie z Noah. Faith wraz z Ikarem, który przeżył, uciekają do podziemia. Ukrywają się w kryjówce Czarnego Listopada kierowanego przez Rebekę Thane.

Podczas jednego z zadań wykonywanych dla Rebeki porywana zostaje Izabela, córka Krugera. Po tym zdarzeniu odzywa się do Faith Doegen z informacją, że Noah może żyć - podobno jest przetrzymywany w miejscu zwanym Królestwo i tylko Izabela wie, gdzie ono się znajduje. Po przesłuchaniu jej bohaterka rusza na zdobycie osobistego gridPrintu samego Gabriela, by móc zdobyć odpowiednie koordynaty.

Niestety, akcja ratunkowa nie powiodła się - Noah został zabity, a Faith poznaje przyjaciółkę swojej matki i jedną z głównych pracownic nad Odbiciem, której pomaga uciec. Kobieta wraz z Plastic - przy pomocy protagonistki - opracowuje specjalnego wirusa umożliwiającego na zniszczenie haniebnej technologii. Faith w międzyczasie dowiaduje się, że Izabela Kruger to tak naprawdę Cat Connors, jej siostra. Gabriel adoptował dziewczynkę po zamieszkach, w których zginęli ich rodzice.

Bohaterka dociera do zniszczonej w zamachu przeprowadzonym przez Czarny Listopad wieży The Shard i tam aplikuje wirusa. Na miejscu zjawia się sam Kruger wraz z Cat, lecz miejsce zaczyna się walić. Siostra w pewnym momencie ratuje nam życie przed rozpadającym się The Shard, lecz w niewyjaśnionych okolicznościach ginie Gabriel Kruger. Izabela/Cat zostaje jego zastępczynią i obejmuje władzę nad całą korporacją. Faith odbudowuje struktury Sprinterów i wraca do pracy.