Игровой процесс представляет собой шутер от первого лица. В игре имеются главные слагаемые серии: мощное оружие, множество демонов и быстрое перемещение. Игрок способен перемещаться по всему уровню: в игре есть не только коридоры, но и открытые местности. Главная задача — уничтожение масс противников с помощью оружия. «Здоровье» и прочие бонусы выпадают из трупов врагов, мотивируя игрока к кровавому «ближнему бою». Оружия много, и игрок волен носить за спиной целый арсенал, никак не влияющий на скорость перемещения. Противников можно уничтожать как из стрелкового оружия, так и с помощью бензопилы и даже в рукопашную (в игре предусмотрено анимированное добивание ослабленных противников). Сами противники обладают различным арсеналом, а также давят игрока числом. Помимо стрельбы, игрок должен будет выполнять простые задачи.

Действие происходит в футуристическом индустриальном окружении (на гигантской марсианской базе), а также на открытых панорамах Марса и Ада.

В мультиплеере игрокам представлены традиционные режимы: deathmatch, контроль территории, захват флага и командная арена.

Также в игру был введён редактор уровней «Doom SnapMap». С его помощью игроки могут создавать собственные карты для многопользовательских баталий.