Half-Life 2 était initialement attendu pour septembre 2003, mais courant juillet, les premières rumeurs d'un éventuel retard apparaissent. Il faut attendre les derniers jours avant la date limite pour que le report soit officialisé ; la nouvelle date sera alors la fin de l'année. Début octobre, Valve annonce que le piratage du code source va repousser la sortie du jeu jusqu'à au moins avril 2004. La fuite du code étant initialement considérée comme un canular, un grand nombre de personnes a pu se rendre compte de l'authenticité des sources en les téléchargeant, et ainsi s'apercevoir que Valve avait effectivement été victime d'un piratage. Cette version, bien que jouable, va contenir des parties du jeu non finalisées, telles que les cartes ou même le code source ainsi que de nombreux bugs. Peu après, de nouvelles rumeurs d'un report commencent à circuler, cette fois pour fin septembre. En fait, la date restera floue : même les boutiques en ligne proposant de précommander le jeu n'arrivent pas à s'accorder sur la date de sortie fixée. Ce n'est qu'après une attente interminable et un développement hasardeux, que Half-Life 2 sort en novembre 2004.

A la différence de Half-Life, Valve ne s'est pas contenté de reprendre le moteur graphique d'un jeu existant, mais a développé son propre moteur graphique (le Source Engine), et surtout y a ajouté un moteur physique (développé par Havok Physics, et dénommé le Havok) très bien exploité. La grosse nouveauté de Half-Life 2 est donc son moteur physique pour la première fois parfaitement exploité dans un FPS. L'immersion en est vraiment renforcée. Et c'est seulement avec un moteur physique digne de ce nom qu'il a été possible de créer le fameux Gravity gun. Le principe de cette arme est simple : le tir secondaire attire les objets sur le Gravity Gun, le tir primaire les lance violemment. Tous les niveaux regorgent évidemment d'innombrables objets à balancer : caisses, scies circulaires ou même grenades que l'on peut attraper en vol pour les relancer à l'ennemi. Totalement novateur lors de sa sortie, il ne faudra pas attendre longtemps avant de le voir copié : la première extension de Doom 3 : Resurrection of Evil, qui sortira quelques mois plus tard, en reprendra le principe.

Mais Half-Life 2 a aussi été considéré comme un pétard mouillé géant. Pléthore de scripts, une intelligence artificielle jugée par certains inférieure à celle de Half-Life, et l'impression d'être parfois plus spectateur qu'acteur ont fait grincer bien des dents. Surtout celles des nostalgiques du premier Half-Life, de ce fait, Half-Life 2 n'a pas révolutionné le FPS comme l'avait fait le premier épisode en son temps.

Après la sortie d'Half-Life 2, Valve Corporation nous gratifient d'un niveau supplémentaire, Lost Coast, disponible gratuitement, prenant place entre les chapitres « Autoroute 17 » et « Pièges de sable ». S'ensuit une trilogie d'épisodes supplémentaires, Half-Life 2 : Episode One sorti le 1er juin 2006 et Half-Life 2 : Episode Two sorti quant à lui le 10 octobre 2007. Un Half-Life 2 : Episode Three est en cours de développement. Selon Gabe Newell, ces trois épisodes feraient en quelques sortes office d'Half-Life 3. L'intérêt d'un système de vente par épisodes serait d'éviter ainsi aux fans d'attendre six ans supplémentaires pour avoir une suite. La sortie de Half-Life 2 et les progrès graphiques de celui-ci par rapport à Half-Life ont poussé les développeurs à mettre à jour le moteur graphique de Half-Life premier du nom via une nouvelle version du jeu, incluant des textures lissées et quelques nouveaux effets (nouvelles explosions, rendu plus réaliste des étendues d'eau, etc.). Cependant le moteur graphique reste celui d'origine, agrémenté de quelques petites améliorations purement esthétiques. Un groupe de développeurs indépendants a entrepris la réalisation d'un mod de Half-Life 2, Black Mesa, qui reprend toute l'aventure du premier Half-Life avec des graphismes entièrement refaits grâce au Source Engine de Valve Software. Le mod est actuellement encore en développement.

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