En 1997 à la suite de son travail sur Dark Project, Levine quitte Looking Glass Studios accompagné de deux collègues, Jonathan Chey et Robert Fermier, pour fonder le studio Irrational Games. Le premier jeu du studio à sortir est System Shock 2, la suite directe du jeu de rôle de science fiction précédemment sorti chez Looking Glass en 1993, System Shock. Levine participe au développement du titre en tant que créateur et scénariste principal[3]. Le titre sort en 1999 acclamé par la critique[4].
Bien que Tribes: Vengeance, SWAT 4, et Third Reich sortent tour à tour sur une période d'un an entre 2004 et 2005, Irrational travaille parallèlement sur la préproduction de BioShock, qui est alors le titre le plus ambitieux du studio à ce moment-là depuis 2002. Le jeu passe par de nombreux changements, notamment dans son principe et son gameplay, avant de sortir en août 2007. Peu de temps après, Levine, Chey et Fermier vendent Irrational Games à l'éditeur Take-Two Interactive. BioShock est alors un succès critique et commercial immédiat, et reste aujourd'hui l'un des jeux les mieux noté par la critique[5]. Plus de 9 millions de jeux de la franchise BioShock ont été vendus à la date du [6].
En 2008, Levine prononce le discours d'ouverture du Penny Arcade Expo à Seattle, il parle notamment de sa jeunesse de nerd dans les années 1970, et de l'impact qu'elle a eu sur la trajectoire de sa carrière[7]. Après la sortie de BioShock, Levine a travaillé comme directeur créatif sur BioShock Infinite, titre se déroulant en 1912 dans la ville fictive flottante de Columbia, sorti au printemps 2013.
Dans les années 2010 puis 2020, Levine se penche sur un nouveau projet de jeu vidéo, dont le développement est particulièrement troublé et connaît maints retards et redémarrages de zéro. Une enquête du journaliste Jason Schreier réunissant les témoignages d'une quinzaine d'employés révèle notamment que Levine est un directeur susceptible, et qu'il lui est difficile de travailler en bonne entente avec le reste de ses équipes. Une blague récurrente parmi les développeurs évoque la nécessité de pratiquer sur lui des « Kenceptions » (en référence au film de science-fiction Inception), c'est-à-dire, plutôt que de chercher à le convaincre, de lui suggérer des idées tout en l'encourageant à croire qu'il en est à l'origine[9].