مایکل تاونلی، ترور فیلیپس و برد اسنایدر در یک سرقت با برنامه‌ریزی نادرست از یک بانک در لودندرف، یانکتون شمالی شرکت می‌کنند.
نه سال بعد، مایکل همراه با خانواده‌اش در لس سانتوس و با نام مستعار مایکل د سانتا، تحت برنامهٔ محافظت از شاهد، زندگی میکند.
در محله‌ای دیگر از شهر، فرانکلین کلینتون برای یک فروشندهٔ خودروی فاسد ارمنی به نام سیمیان یِتاریِن کار میکند.
او در حین تلاش برای تملک ثانوی کلاهبردارانهٔ خودروی پسر مایکل با مایکل روبه‌رو می‌شود و این مواجهه آغازی بر دوستی دو شخصیت است.
هنگامی که مایکل متوجه خوابیدن همسرش آماندا با یک مربی تنیس به نام کایل می‌شود، او و فرانکلین مربی را تا عمارتی بزرگ تعقیب کرده و مایکل از روی عصبانیت خانه را تخریب میکند.
پس از آن، مشخص می‌شود که صاحب خانه دوست دختر مارتین مادرازو، یکی از بزرگان صنعت مواد مخدر در مکزیک، بوده و مادرازو برای عدم اعمال خشونت، طلب خسارت میکند.
مایکل برای به‌دست آوردن پول دوباره به زندگی خلافکارانه رو می‌آورد و در این راه، فرانکلین را هم با خود همراه میکند.
با همکاری دوست قدیمی مایکل، لستر کرست، که یک هکر ازکارافتاده است، آن‌ها برای پرداخت بدهی مایکل دست به سرقت از یک فروشگاه جواهرات می‌زنند.
ترور، که حالا در یک خانهٔ سیار در حومهٔ لس سانتوس زندگی میکند، از سرقت باخبر شده و آن را کار مایکل، که تا پیش از این تصور می‌کرد در سرقت نه سال پیش مرده‌است، می‌داند.
ترور پس از پیدا کردن خانهٔ مایکل، او را شگفت‌زده کرده و دوباره با مایکل متحد می‌شود.
با گذر زمان، زندگی شخصی شخصیت‌های اصلی از کنترل خارج می‌شود.
اخلاق دم‌دمی مزاج مایکل افزایش یافته و خانواده‌اش را وادار به ترک او میکند.
هنگامی که او تبدیل به یک تهیه‌کنندهٔ فیلم در استودیوی ریچاردز مجستیک[چ] می‌شود، مایکل با دِوین وِستون،[ح] یک سرمایه‌گذار خطرپذیر میلیاردر که پس از خنثی‌شدن تلاش‌هایش برای تعطیل کردن استودیو توسط مایکل سوگند خورده تا انتقام بگیرد، به مشکل برمی‌خورد.
در همان حال، فرانکلین دوستش لامار دیویس[خ] را از دست دوست سابق و گانگستری با نام هارولد «استرچ» جوزف[د] آزاد میکند؛ جوزف مداوماً به‌دنبال کشتن لامار است تا خود را به دوستان تازه‌اش اثبات کند.
در همان زمان، تلاش‌های بی‌پروای ترور برای تحکیم تسلطش بر چندین بازار سیاه در بلین کانتی[ذ] باعث افروختن آتش جنگ در برابر کلوب موتورسواری غیرقانونی لاست اِم سی، چندین گروه گانگستری خیابانی آمریکای لاتین، دلال‌های مت‌آمفتامین رقیب، یک شرکت نظامی خصوصی با نام مِری‌وِدِر[ر] و وِی چِنگ،[ز] یک رهبر زیرزمینی اهل چین، می‌شود.
دِیو نورتون[ژ] و استیو هِینز،[س] مأموران ادارهٔ فدرال تحقیقات (اف‌آی‌بی)،[ش] با مایکل تماس گرفته و از او درخواست می‌کنند تا برای تضعیف یک سازمان رقیب با نام سازمان امور بین‌الملل (آی‌اِی‌اِی)[ص]، چند عملیات انجام دهد.
[ض] با رهبری استیو و کمک لستر، آن‌ها به یک کاروان زرهی متعلق به سازمان امور بین‌الملل حمله کرده و یک اسلحهٔ شیمیایی آزمایشی را از یک آزمایشگاه تحت کنترل این سازمان می‌دزدند.
هنگامی که استیو هدف بررسی‌های دقیق قرار می‌گیرد، مایکل و فرانکلین را مجبور به حذف تمام شواهدی که قابل‌استفاده علیه او باشد از سرورهای اف‌آی‌بی میکند.
مایکل از این فرصت برای حذف تمام داده‌های مربوط به فعالیت‌های خودش استفاده کرده و نفوذ استیو را بر خود از بین می‌برد.
در نهایت مایکل، ترور، فرانکلین و لستر شروع به نقشه‌کشی برای شجاعانه‌ترین عملشان، یورش به ذخیرهٔ شمش طلای یونیون دیپازیتوری،[ط] می‌کنند.
تا این زمان، مایکل با خانوادهٔ خویش آشتی میکند.
با این وجود، ترور متوجه می‌شود که برد در واقع زندانی نشده بوده، بلکه در جریان سرقت لودندرف مرده و در قبر مایکل دفن شده‌است.
احساس خیانت به‌وجودآمده در ترور، در گروه اختلاف ایجاد کرده و ترور آن‌ها را تهدید به خراب کردن نقشهٔ سرقت از یونیون دیپازیتوری میکند.
استیو به مایکل و دیو خیانت کرده و این دو بین اف‌آی‌بی، آی‌اِی‌اِی و مِری‌وِدِر در یک بن‌بست مکزیکی گیر می‌افتند.
ترور، که حس میکند تنها کسی است که می‌تواند مایکل را بکشد، به کمک مایکل و دیو می‌آید.
با وجود نبخشیدن مایکل، ترور با اجرای نقشهٔ سرقت از یونیون دیپازیتوری موافقت کرده و تسویه‌حساب را به بعد موکول میکند.
سرقت کاملاً موفق پیش می‌رود؛ اما استیو و دیو، که ادعای نامتعهد بودن ترور را دارند، و دوین، که قصد تلافی خیانت مایکل را دارد، با فرانکلین ارتباط برقرار می‌کنند.
فرانکلین حالا سه انتخاب پیش‌رو دارد: کشتن ترور، کشتن مایکل یا تلاش برای حفظ هر دو در یک مأموریت خودکشی.
اگر فرانکلین تصمیم به کشتن مایکل یا ترور بگیرد، او ارتباطش را با آن فرد قطع کرده و سپس به زندگی قدیمی‌اش بازمی‌گردد.
[28][29] در غیر این صورت، این سه نفر پیش از کشتن استیو، استرچ، وی و دِوین، در برابر یورش نیروهای اف‌آی‌بی و مری‌ودر قرار می‌گیرند.
مایکل و ترور دوباره متحد شده و با وجود تمام شدن رابطهٔ کاری این سه نفر، دوستی آن‌ها باقی می‌ماند.
[30]ّ در بازی اتومبیل دزدی بزرگ: آنلاین، در یکی از مراحل، پسر وِی چِنگ، تائو، ذکر میکند که پدرش در بیرون از یک کلاب کشته شد.
این ثابت میکند که پایان سوم بازی، پایان حقیقی میباشد.
[31] توسعه[ویرایش] راک‌استار نورث در سال 2008 و پس از عرضهٔ اتومبیل‌دزدی بزرگ 4، توسعهٔ اتومبیل‌دزدی بزرگ 5 را آغاز کرد.
[32] فرایند توسعه بر عهدهٔ گروهی متشکل از بیش از 1٬000 فرد، شامل تیم مرکزی راک‌استار نورث و کارمندانی از استودیوهای راک‌استار گیمز در سرتاسر جهان، گذاشته‌شد.
[33]موتور بازی پیشرفته راک‌استار (ریج) برای توسعهٔ بازی ارتقا یافته و به قابلیت‌های فاصلهٔ ترسیمی بهتری مجهز شد.
رندر و پویانمایی‌های اضافی با نرم‌افزارهای یوفوریا و بولت انجام شد.
[34] تیم راک‌استار، که در طول زمان با سخت‌افزار پلی‌استیشن 3 و اکس‌باکس 360 آشنایی پیدا کرده‌بود، متوجه شد که قابلیت استفادهٔ بیشتر از منابع گرافیکی کنسول‌ها نسبت به بازی‌های قبلی وجود دارد.
[35] تخمین زده شده که مجموع هزینه‌های توسعه و بازاریابی بازی بیش از 170 میلیون پوند استرلینگ (265 میلیون دلار)[ظ] بوده که این بازی را در آن زمان تبدیل به گران‌ترین بازی تاریخ کرد.
[ع][37] جهان بازی بر پایهٔ جنوب کالیفرنیا و لس آنجلس طراحی شده[38] و کار روی آن بخش عمدهٔ امور اولیهٔ توسعه را تشکیل می‌داد.
[39] افراد کلیدی در گروه توسعهٔ جهان بازی به تحقیقات میدانی در قالب سفر در این مناطق پرداخته و تحقیقاتشان را با عکس و فیلم ثبت کردند.
[35] نقشه‌های گوگل مپس از لس آنجلس توسط گروه برای کمک به طراحی شبکهٔ جاده‌ای لس سانتوس استفاده شد.
[40][41] برای شبیه‌سازی پراکندگی جمعیت لس آنجلس، توسعه‌دهندگان داده‌های سرشماری را مطالعه کرده و به مشاهدهٔ مستندهایی دربارهٔ شهر پرداختند.
[42] این گروه توسعهٔ جهان را فنی‌ترین بخش توسعهٔ این بازی دانسته‌اند.
[32] یکی از اهداف اساسی از ابتدای طراحی بازی، تغییر ساختار پایه‌ای این مجموعه با بخشیدن کنترل سه شخصیت به بازیکن به‌جای یک شخصیت بود.
[39] این ایده نخستین بار در زمان توسعهٔ اتومبیل‌دزدی بزرگ: سن آندریاس مطرح شد؛ اما با توجه به محدودیت‌های سخت‌افزاری آن زمان غیرممکن بود.
[43] با توجه به توسعهٔ دو بستهٔ الحاقی داستانی برای اتومبیل‌دزدی بزرگ 4 در سال 2009 که شخصیت‌های اصلی تازه‌ای به بازی اضافه می‌کردند، گروه توسعه قصد داشت که بازیکنان در اتومبیل‌دزدی بزرگ 5 بتوانند همزمان سه شخصیت را کنترل کنند.
[12] گروه توسعه به این بازی به چشم یک ادامهٔ معنوی برای بازی‌های پیشین خود (مثل اتومبیل‌دزدی بزرگ 4، رد دد ریدمپشن و مکس پین 3) نگاه می‌کردند.
بازی طوری طراحی شده که سازوکارهای گیم‌پلی بهتری نسبت به عناوین پیشین راک‌استار داشته‌باشد.
[17][44] برای ارتقای بخش اکشن گیم‌پلی، گروه سازوکارهای تیراندازی و پناه‌گیری بازی را بهبود داده[45] و برای حل کردن مشکلات رانندگی موجود در اتومبیل‌دزدی بزرگ 4، سیستم رانندگی را بازسازی کردند.
[46] پس از یک آزمون ورودی، ند لوک، شاون فونتنو و استیون آگ به‌ترتیب برای ایفای نقش مایکل، فرانکلین و ترور انتخاب شدند.
[47] ضبط بیشتر عملکرد آنان با فناوری ضبط حرکت انجام شد؛[48] اما دیالوگ مربوط به صحنه‌های نشستن شخصیت‌ها در خودرو در استودیو ضبط شد.
[49] این بازی نخستین عنوان در این مجموعه است که از یک موسیقی فیلم بهره می‌برد.
این موسیقی توسط گروهی از آهنگ‌سازان که در طول چندین سال گردهم آمده‌اند ساخته شده‌است.
[50] علاوه بر این، آهنگ‌های دیگری لایسنس شده و به‌وسیلهٔ رادیوی داخل بازی قابل‌دسترسی هستند.
[51] گروه توسعه بیش از 241 آهنگ را لایسنس کرده و آن‌ها را بین 15 ایستگاه رادیویی متفاوت موجود در بازی توزیع کردند و 2 ایستگاه دیگر هم به پخش گفتگوهای رادیویی می‌پردازند.
[غ] بعضی آهنگ‌ها اختصاصاً برای بازی ساخته شده‌اند؛ مثلاً فلایینگ لوتوس، یک رپر و تولیدکنندهٔ آهنگ، مدیریت ایستگاه رادیویی فلای‌لو اف‌ام[ف] را در بازی بر عهده داشت.
[53] نخستین معرفی بازی در 25 اکتبر 2011 توسط راک‌استار گیمز صورت گرفت.
[54] این استودیو یک هفته بعد تریلری از بازی منتشر کرد[55] و در یک جلسهٔ خبری رسمی، اطلاعاتی از نحوهٔ توسعه ارائه داد.
[56] خبرنگاران بیان کرده‌اند که معرفی بازی به‌دلیل پیشینهٔ فرهنگی چشم‌گیر این مجموعه، انتظارات بسیاری را در صنعت بازی‌سازی ایجاد کرده‌است.
[57][58][59] در ابتدا قرار بود که بازی در تابستان 2013 عرضه شود، اما به‌دلیل نیاز به زمان بیشتر برای بهبود زمان عرضه به 17 سپتامبر همان سال عقب افتاد.
[60] برای افزایش پیش‌فروش بازی، راک‌استار با چندین خرده‌فروشی همکاری کرده و یک نسخهٔ محدود را از بازی با ویژگی‌های اضافهٔ درون بازی منتشر کرد.
[61] این استودیو از استراتژی بازاریابی ویروس‌وار استفاده کرده و وبگاهی را برای یک فرقهٔ مذهبی ساختگی با نام «برنامهٔ اپسیلون»[ق] راه‌اندازی کرد.
این وبگاه به کاربران اجازه می‌داد تا در بازی در نقش یکی از اعضای فرقه ظاهر شوند.
[62] مقایسهٔ نسخه‌های پلی‌استیشن 4 (چپ) و پلی‌استیشن 3 (راست).
نسخهٔ بازعرضه‌شده دارای فاصلهٔ ترسیمی بالاتر و وضوح بیشتر بافت‌ها نسبت به نسخهٔ اصلی بود.
این بازی در ای3 2014 برای مایکروسافت ویندوز (رایانه‌های شخصی)، پلی‌استیشن 4 و اکس‌باکس وان عرضه شد.
این نسخهٔ پیشرفته از فاصلهٔ ترسیمی بالاتر، جزئیات بهتر بافت‌ها، ترافیک متراکم‌تر، اثر ارتقایافتهٔ آب‌وهوا و زندگی گیاهی و حیات وحش تازه برخوردار بود.
[63] این نسخه همچنین شامل یک گزینه برای تغییر به نمای اول شخص بود.
برای گنجاندن این ویژگی در بازی، گروه توسعه سیستم پویانمایی‌های بازی را تغییر دادند تا با گیم‌پلی اول شخص سازگاری داشته‌باشد.
[5] نسخه‌های پلی‌استیشن 4 و اکس‌باکس وان در 18 نوامبر 2014 عرضه شد.
[64] انتشار نسخهٔ رایانهٔ شخصی، که در ابتدا قرار بود همزمان با نسخهٔ کنسولی انجام شود،[63] به 14 آوریل 2015 موکول شد.
با توجه به گفته‌های راک‌استار، این نسخه نیازمند زمان توسعهٔ بیشتری برای بهبود بوده‌است.
[65] نسخهٔ رایانه از فریم ریت 60 فریم بر ثانیه در وضوح 4کی برخوردار بود و قابلیت ویرایشگر راک‌استار[ک] به بازیکنان اجازهٔ ضبط و ویرایش ویدئوهای گیم‌پلی را می‌داد.
[66] به‌دلیل تمرکز گروه توسعه بر اتومبیل‌دزدی آنلاین و رد دد ریدمپشن 2، توسعهٔ محتوای قابل دانلود برای این عنوان متوقف شد.