侠盗猎车手5的主线剧情围绕三位主角展开，分别是前银行抢劫犯迈克尔·迪圣塔、性格暴躁的崔佛·菲利普以及年轻偷车贼富兰克林·克林顿。游戏开场以九年前的银行抢劫案为引子，通过倒叙方式引出三位主角的命运交织。迈克尔假死隐居后因家庭矛盾重操旧业，崔佛因发现迈克尔未死而介入其生活，富兰克林则通过偷车事件与迈克尔建立师徒关系。三人在洛圣都的犯罪活动中逐渐形成合作关系，最终策划实施多起大型抢劫案。
游戏采用多线叙事结构，玩家可随时切换操控不同角色推进剧情。迈克尔的故事线侧重家庭关系修复与中年危机，其任务常涉及好莱坞电影产业与高端犯罪；崔佛的剧情充满癫狂与暴力，主要围绕毒品交易与边境地带犯罪活动；富兰克林的成长线则展现街头小子向职业罪犯的转变过程。三条故事线在大干一票等关键任务中交汇，玩家需协调三位主角的分工合作完成抢劫。
任务设计包含多种犯罪类型，从街头枪战到精密策划的银行劫案。游戏初期以教学性质的小型犯罪为主，如商店抢劫与车辆盗窃；中期逐步升级为珠宝店劫案与FIB大楼入侵；后期则出现需要精密配合的联邦储蓄银行抢劫。每个主线任务提供多种完成方式，玩家可选择潜行或强攻等不同策略。部分任务包含道德抉择，例如是否杀死特定NPC会影响后续剧情发展。
游戏包含69个章节剧情，其中20个为核心主线任务。重要剧情节点包括：迈克尔与崔佛冰释前嫌共同对抗黑帮、富兰克林面临背叛或合作的抉择、三位主角最终对抗跨国犯罪集团等。剧情中穿插对现实社会的影射，如邪教组织影射山达基教，IAA与FIB暗指美国情报机构矛盾。游戏结局提供三种选择，玩家可决定三位主角的命运走向，不同选择将解锁特定结局动画与对话。
支线剧情同样丰富，包括随机遭遇的蓝点任务与角色专属事件。迈克尔需处理子女叛逆问题，崔佛要管理制毒产业，富兰克林则面临帮派纠葛。这些支线不仅补充角色背景，还能解锁特殊能力，例如迈克尔的子弹时间射击、崔佛的狂暴状态与富兰克林的驾驶慢动作。完成全部主线与支线剧情后，玩家可继续探索开放世界，或通过线上模式与其他玩家合作犯罪。
