Игра является предысторией Deus Ex. Её действия будут развиваться в 2027 году (действия оригинальной игры развивались в 2052 году). Главного героя зовут Адам Дженсен, и он работает в службе безопасности корпорации Sarif Industries, мирового лидера по производству имплантатов для людей. Под прикрытием толпы, выступающей против аугментации, на штаб-квартиру компании в Детройте совершается организованное нападение. Неизвестные киберусовершенствованные агенты провоцируют полицию, сдерживающую беспорядки, открыть огонь по бунтующим людям. В ходе атаки гибнет много тех, кого герой должен был защищать. Вероятная цель штурма — срыв исследования, которым в данный момент занимались ученые Sarif Industries. Сам Адам был сильно покалечен, практически мертв. Чтобы узнать, кто стоит за нападением, Адам проходит процедуру имплантирования (установлены мозговые усилители, заменены руки, встроены искусственные глазные яблоки) и начинает, по поручению Дэвида, расследование.

На календаре — 2027 год. До рождения ДжейСи Дентона, героя первой части, ещё два года, до событий Deus Ex, соответственно, 25 лет. Известно, что события в игре приведут к созданию организации UNATCO.

ДжейСи был одним из первых наноусовершенствованных киборгов. В его время нанотехнологии были вершиной прогресса, а в 2027 году о них и речи идти не могло. Именно поэтому имплантаты Deus Ex: Human Revolution — это грубые, страшные, механические устройства. Агенты, изуродовавшие себя в обмен на новые возможности, завидовали тем, кто совсем не изменился внешне. Этот же конфликт лежит в основе мира Deus Ex 3, показана лишь другая его сторона. Имплантаты позволяют людям становиться сильнее и умнее, а значит — занимать более высокое положение в обществе. Не у всех хватает денег на то, чтобы сделать операцию, возникает социальное напряжение. Обделенные начинают ненавидеть тех, кто смог усовершенствовать себя, заявляют, что они и не люди вовсе. Киборги, вероятно, так же резко отвечают им, комплексуя из-за своей внешности.

Параллельно человечество переживает скачок в науке и медицине, люди проникают в тонкости устройства организма, учатся изменять его, чтобы продлевать и улучшать свою жизнь, мир пронизан идеями трансгуманизма. Визуально Deus Ex: Human Revolution выполнена на стыке высоких технологий и эпохи Возрождения. В палитре игры доминируют чёрный и золотой цвета.

Игрок может выбирать стиль прохождения. На выставке gamescom в августе 2010 года демонстрировалось прохождение одного из эпизодов тремя способами: силовым, мирным и с использованием скрытности. При желании игра может быть пройдена практически без кровопролития, за исключением обязательных боёв с боссами. Игровой процесс рассчитан на 20—30 часов при игре на среднем уровне сложности.

Разработчики отказались от концепции универсальных боеприпасов, введённой в Deus Ex: Invisible War. Разные виды оружия имеют разные боеприпасы, как в оригинальной Deus Ex. В большинстве случаев используется вид от первого лица. Переключение на вид от третьего лица происходит в режиме скрытности, при использовании укрытий и специальных умений , а также во время рукопашного боя.

Также будет реализована система автоматической регенерации здоровья чтобы динамика игры не нарушалась постоянными поисками аптечек. По словам разработчиков, игрокам всё ещё придётся думать тактически, несмотря на это нововведение.

О планах разработки третьей игры во вселенной Deus Ex впервые было сообщено главой французского подразделения Eidos Патриком Мельхиором в мае 2007 года.. Официальный анонс её состоялся в ноябре того же года вместе с выпуском тизера.

Первые подробности будущей игры были сообщены журналом PC Zone спустя почти год после анонса, в октябре 2008 года. Были подтверждены ходившие ранее слухи о том, что игра станет приквелом первой и второй частей Deus Ex, а также стало известно имя главного героя.

Весной 2009 года Eidos Interactive, которой принадлежали права на серию Deus Ex, была куплена японской компанией Square Enix. Вскоре стало известно, что Square Enix помогает монреальской студии Eidos в работе над игрой.

В марте 2010 года после официальной смены названия игры был выпущен новый тизер, демонстрирующий её главного героя Адама Дженсена. 4 июня был представлен первый полноценный трейлер, представляющий собой развитие тизера и приуроченный к выставке компьютерных игр E3. Накануне E3 в ряде специализированных изданий появились превью игрового процесса Deus Ex: Human Revolution.На самой выставке геймплей демонстрировался за закрытыми дверями и не был показан широкой публике. Однако после завершения выставки в сети Интернет была выложена тайно сделанная видеозапись геймплея.Первый официальный ролик, демонстрирующий игровой процесс, появился в августе.

17 сентября 2010 года был опубликован новый тизер, ранее показанный на Tokyo Game Show, в котором более детально описываются события, непосредственно предшествующие основному сюжету.

В декабре 2010 года стало известно, что релиз игры, ранее планировавшийся на начало 2011 года, отложен на более поздний срок — по одним данным, на первый квартал 2011 финансового года (апрель—июнь), по другим — на 2011 финансовый год без уточнения времени. Появившиеся слухи о том, что игра выйдет в апреле, были опровергнуты Eidos в своём официальном твиттере, где было заявлено, что игра по-прежнему не имеет точного месяца релиза.

В марте 2011 года наконец была объявлена точная дата релиза игры — 23 августа в Северной Америке и 26 августа в Европе.

Разработкой PC-версии игры занимается нидерландская студия Nixxes Software, которая ранее уже сотрудничала с Eidos в вопросе портирования игр. Геймдизайнер Human Revolution Жан-Франсуа Дюга в интервью сайту Shacknews пояснил, что такое решение было вызвано нехваткой рабочей силы: «Это был больше вопрос логистики и количества людей, необходимого для уверенности, что все версии находятся на одном уровне качества». Eidos Montreal контролирует процесс создания PC-версии.

31 мая 2011 года произошла утечка preview-версии игры.