El videojuego es un thriller criminal que combina elementos de un videojuego no lineal, o sandbox, que sitúa su trama en la ciudad de Los Ángeles en 1947 y estará protagonizado por Cole Phelps, un novato del Departamento de Policía de Los Ángeles que deberá resolver una serie de asesinatos.

Como su nombre indica, L.A. Noire y su historia están muy influenciados por el cine negro (o film noir) de los años 1940 y 1950. Su ambientación en la post-guerra sirve de telón de fondo para recrear una sociedad dura y deprimida, emplear elementos del cine detectivesco de la década de 1940 —tales como corrupción o drogas— así como una clásica banda sonora de música jazz. El 11 de noviembre de 2010 Rockstar Games lanzó el primer tráiler oficial del videojuego.

En febrero de 2004, el presidente de Team Bondi, Brendan McNamara, aseguró en una entrevista que el proyecto estaba "financiado completamente por Sony Computer Entertainment America. Tenemos un amplio y exclusivo acuerdo con ellos". Dos años más tarde, en 2006, Rockstar Games anunció su compromiso de publicar el título en el que estaba trabajando Team Bondi —cuyo equipo está formado por el ya desaparecido Team Soho, responsable de crear la franquicia de The Getaway—. El equipo de Team Bondi se trasladó a Los Ángeles para comenzar un duro trabajo de recreación de la ciudad y una posterior etapa de documentación bibliográfica para reflejar lo más fielmente posible la ciudad en los años 1940. En esa etapa de documentación, la compañía australiana trabajó con nombres, fotografías y casos policiales reales ocurridos en Los Ángeles en la época en la que está ambientada la historia del videojuego. Para ello se registraron los archivos de la Universidad de California en Los Ángeles y la Universidad del Sur de California, revisaron 180.000 fotografías de periódicos de la época como Los Angeles Times, The Herald Examiner y The Daily News. Para la labor de recreación de la ciudad de Los Ángeles se tuvieron en cuenta mapas hechos a mano de los años 1940 por la Administración del presidente Franklin D. Roosevelt e imágenes aéreas de la zona.

El 11 de junio de 2007, Take-Two Interactive, el publicador de Rockstar Games, confirmó que el lanzamiento de la versión para PlayStation 3 se retrasaba hasta "el año fiscal de 2008", en un comunicado de prensa en relación con los resultados financieros de la empresa del segundo trimestre. Sin embargo, durante una conferencia de accionistas, un portavoz de Take-Two insinuó que el lanzamiento del videojuego se ampliaría también a su versión de Xbox 360 al afirmar que "L.A. Noire está desarrollándose para sistemas de consolas de próxima generación". El 10 de septiembre de 2007 Take-Two anunció que el lanzamiento del videojuego se retrasaría hasta su año fiscal de 2009. L.A. Noire apareció en la portada de marzo de la revista Game Informer y se reveló que, definitivamente, el videojuego dispondría de su versión en Xbox 360. El 2 de septiembre de 2010 Take-Two anunció, en la reunión que mantuvo con sus inversores, que el título saldrá al mercado a lo largo de la primera mitad de 2011. Ben Feder, de Take-Two, reconoció que la editora no tenía prisa con la fecha de salida del videojuego y aseguró que "echando un vistazo al competitivo mercado que existe, no hay nada como él en términos de jugabilidad y de tecnología. Queremos asegurarnos bien de que lo hacemos de la mejor forma posible". El 11 de noviembre, Rockstar Games lanzó el primer tráiler oficial del videojuego a través de su página web y las redes sociales. En el tráiler se fijó como fecha de salida la "primavera de 2011", se presentó al personaje principal de la trama, el agente Cole Phelps, interpretado por Aaron Staton (Mad Men), y otros actores como John Noble (Fringe).

L.A. Noire es uno de los primeros videojuegos en los que Rockstar Games no utilizó su motor Rockstar Advanced Game Engine (RAGE), sino que empleará uno propiedad de la desarrolladora australiana Team Bondi. Además, el videojuego utilizará una novedosa tecnología Darksprint que incluye iluminación global en tiempo real. Los procesos de grabación de diálogos, animación y actuación se grabaron de manera conjunta, capturando los movimientos de los actores —la actriz australiana Erika Heynatz fue una de las modelos que participaron en las capturas— de manera similar al proceso cinematográfico, pero empleando modelos 3D totalmente animados. Para ello, el equipo de Team Bondi empleó la nueva tecnología MotionScan, capaz de recoger todos los detalles de las gesticulaciones y se utilizaron 32 cámaras de alta definición. En total, la compañía acumuló 200 terabytes de tamaño en capturas de movimientos. Oliver Bao, de Depth Analysis —filial de Team Bondi—, aseguró que "tradicionalmente, un minuto de animación facial necesita un par de animadores al mes. La idea es poder producir en masa. Alrededor de 20 minutos de material al día. Sin artistas para los personajes ni animadores trabajando conmigo". El equipo de Team Bondi trabajó con un guión que abarcó alrededor de 2.000 páginas y empleó cerca de trescientos actores dirigidos por Michael Uppendahl.