Mass Effect commence quand Shepard est envoyée à la colonie humaine d'Eden Prime pour récupérer une balise Prothéenne déterrée récemment. Après avoir atterri sur la planète, Shepard et Kaidan rencontrent Ashley, qui révèle que la colonie est attaquée par une armée de geths. L'armée est dirigée par un spectre renégat turien nommé Saren Arterius, qui active la balise avant de s'échapper. Shepard localise la balise et reçoit une vision montrant des scènes de guerre et de mort. Le SSV Normandy et son équipage sont convoqués par l'ambassadeur Donnel Udina à la station de la Citadelle, mais Shepard est incapable de convaincre le Conseil de la Citadelle de la trahison de Saren sans preuves solides. Avec l'aide de Garrus et Wrex, Shepard est conduite à Tali'Zorah, qui possède un enregistrement d'une conversation entre Saren et une matriarche asari nommée Benezia. Dans l'enregistrement, les deux discutent de leur victoire tout en mentionnant un artefact appelé le «Canal» et le retour des Moissonneurs, une race de machines très avancées composée de vaisseaux spatiaux méca-organiques, qui est censée éradiquer toute la civilisation organique tous les 50 000 ans. Confronté à cette preuve, le Conseil révoque le statut de Spectre de Saren et fait de Shepard le première Spectre humaine. Anderson abandonne le commandement du SSV Normandy à Shepard, qui l'utilise pour suivre plusieurs pistes fournies par Anderson et Udina.
Sur le monde de Therum, Shepard sauve la fille de Benezia, Liara T'Soni, qui rejoint l'équipe de Shepard en raison de ses capacités biotiques et son expertise dans les Prothéens. Sur la colonie de Feros, Shepard combat les forces de Saren et apprend que le vaisseau amiral de Saren, Sovereign, possède des capacités uniques de contrôle mental. Sur le monde de Noveria, Shepard traque Benezia et la tue, révélant qu'elle et Saren sont contrôlés par Sovereign. Après avoir accompli ces missions, le Conseil informe Shepard qu'une unité d'infiltration a découvert la base principale de Saren sur Virmire. À son arrivée, Shepard apprend que Saren a découvert un remède pour la maladie krogane connue sous le nom du génophage et a des plans pour élever une armée invincible de guerriers krogans. Quand Wrex découvre le remède, il se heurte à Shepard pour savoir s'il faut le détruire, et Shepard doit soit tuer Wrex, soit Ashley doit le tuer, soit le convaincre de la suivre. Après ce conflit, Shepard aide les galariens à détruire la base en y plaçant une bombe. À l'intérieur de la base, Shepard est confronté à Sovereign, qui se révèle être en réalité un Moissonneur.
Sovereign révèle que les Moissonneurs restent à l'extérieur de la Voie Lactée et attendent que la vie organique se développe et découvre les Relais de Masse, avant d'être récoltés au sommet de leurs connaisances. Shepard trouve également Saren, qui prétend que son allégeance à Sovereign sauvera les formes de vie organiques en démontrant leur utilité aux Moissonneurs, mais il succombe finalement. Shepard reçoit alors des nouvelles d'Ashley et Kaidan qui ont été pris au piège et a seulement assez de temps pour sauver l'un d'eux avant que la bombe explose. De retour sur le SSV Normandy, Liara est en mesure de localiser le Canal sur un monde Protéen connu sous le nom d'Ilos. Là, Shepard apprend que la Citadelle est en fait un Relais de Masse énorme que les moissonneurs utilisent pour envahir la galaxie. Au cours du dernier cycle d'extinction, quelques Prothéens ont survécu sur Ilos par cryoconservation et ont ensuite réintégré la Citadelle via le Canal, un relais de masse miniature à contre-courant déguisé à bord de la station en tant que statue. Les scientifiques ont réussi à saboter le processus qui convoquerait les moissonneurs afin d'empêcher les cycles futurs d'extinction de réussir. Saren a l'intention d'annuler ce sabotage, et a besoin du Canal pour l'amener à l'intérieur de la Citadelle.
Shepard poursuit Saren par le Canal, arrivant à la Citadelle lorsqu'elle est attaquée par Sovereign et une force massive de geths. Après avoir affronté Saren, Shepard peut le combattre ou le convaincre de se rebeller, et, s'il est convaincu, Saren remerciera Shepard avant de se suicider. Joker informe alors Shepard qu'une flotte humaine des Systems de l'Alliance se masse pour contre-attaquer. Shepard peut ordonner à la flotte de l'Alliance de sauver le Conseil et de risquer de lourdes pertes ou aller directement vers Sovereign tout en risquant la mort du Conseil. Le cadavre de Saren est ensuite réanimé par Sovereign, qui attaque Shepard tout en se battant contre l'Alliance. Finalement, l'humanité prévaut, et le cadavre de Saren est détruit tandis que Sovereign est détruit par le SSV Normandy. Si Shepard choisit de sauver le Conseil, le Conseil va remercier l'humanité et ajouter un membre humain à leurs rangs. L'autre choix entraînera la mort du Conseil, laissant l'humanité prendre le relais. Indépendamment des résultats, Shepard est invitée à nommer soit Anderson ou Udina à cette nouvelle position de Chef du Conseil. Shepard le fait, puis se détourne de la procédure, jurant de mettre fin à la menace des Moissoneurs.