O desenvolvimento de Left 4 Dead 2 começou logo após o lançamento do primeiro jogo, e foi construído em ideias do time de desenvolvimento de fazer o próximo jogo "maior e melhor"[9]. Para o jogo foi dado o nome de código "Carnation", para evitar revelar seus detalhes antes do anúncio oficial.
Chet Faliszek depõe que a história do novo jogo explorará melhor o seu mundo, e que a Valve criou uma história completa de causas e efeitos de uma infecção pandêmica, incluindo termos que eles usaram para o Director. Faliszek quis incluir uma mulher de um Departamento de Veículos a Motor, mas a personagem não vingou.[10]
Doug Lombardi, vice-presidente do marketing para a Valve, notou que o kit de desenvolvimento Source lançado para Left 4 Dead também será compatível com Left 4 Dead 2.[11]
Jogadores que compraram o jogo na pré venda através de Steam ou algum outro meio ganharam acesso à demo no dia 27 de Outubro de 2009 e um exclusivo taco de beisebol para ser usado no jogo.
Em 5 de Outubro a Valve anunciou que Left 4 Dead 2 seria promovido por uma campanha de vinte e cinco milhões de dólares, execedendo os dez milhões usados em Left 4 Dead. A campanha inclui anúncios televisivos durante eventos de esportes, revistas e outdoors, e uma campanha mais agressiva para a Europa
