En el mismo, XCOM, una organización militar humana que intenta combatir una invasión alienígena, ha perdido la guerra y se reduce ahora a una fuerza de resistencia contra la ocupación de la Tierra y contra el régimen totalitario establecido por los invasores.

Asimismo, los jugadores administran y controlan las operaciones del Vengador, una nave alienígena abandonada que funciona como base móvil para XCOM, ocupando el mando del departamento de ingeniería e investigación de la base durante el tiempo entre misiones.

[3]​ El juego ofrece cuatro configuraciones de dificultad: Novato, Veterano, Comandante y Leyenda.

[4]​ Después de que los jugadores completan por primera vez la campaña, pueden comenzar un nuevo juego con el modo "Ironman" habilitado.

[6]​ El juego también presenta un modo multijugador uno a uno en el que los jugadores recibieron un número fijo de puntos para conformar un escuadrón compuesto por las fuerzas ADVENT y XCOM, e intentar eliminar al escuadrón del oponente en el campo de batalla.

Los jugadores pueden colocar sus tropas para planificar su batalla y emboscar a los enemigos.

[9]​ Los miembros del escuadrón pueden esconderse detrás de objetos para evitar ser disparados.

También pueden recargar, permanecer en vigilancia para disparar a cualquier enemigo en movimiento en su línea de visión,[10]​ agacharse,[11]​ y piratear las armas mecánicas de los enemigos como torretas y temporalmente apagarlos o controlarlas.

[12]​ Cada miembro del escuadrón puede realizar un número limitado de acciones antes de que el enemigo tome su turno y los jugadores pueden elegir terminar su turno temprano sin agotar las acciones del escuadrón.

[1]​ El juego tiene cinco clases de personajes, cada una con su propia habilidad de soldado, a saber: Ranger empuña un arma cuerpo a cuerpo que corta a los enemigos, Grenadier tiene un lanzagranadas y explosivos que pueden destruir la cobertura del enemigo, Specialist tiene un dron que mejora la defensa y la salud del equipo, Sharpshooter es el francotirador del equipo y el Psi Operative, que se desbloquea más tarde en el juego,[13]​ usa poderes telepáticos y psiónicos .

[15]​ Cuando un soldado resulta herido o está a punto de desangrarse, se pueden usar kits médicos para estabilizar su condición.

[19]​ Los jugadores pueden asignar al departamento de investigación que realice autopsias a cadáveres alienígenas y estudie la tecnología recopilada de ellos,[20]​ lo cual desbloquea nuevos dispositivos, armas y tecnologías para ayudar a los jugadores en la batalla.

[23]​[16]​ Las instalaciones deben contar con ingenieros para garantizar que sean completamente funcionales y además pueden ser mejoradas.

Otros recursos, como el Elerium, son materiales necesarios para crear nuevos gadgets y armas.

[21]​ Mientras el jugador gestiona la base móvil, los extraterrestres también avanzan por su parte en una iniciativa de investigación conocida como el Programa Avatar.

[26]​ Proceden lentamente en dicho programa y si el mismo se completa esto resulta en una pérdida automática de la partida para el jugador.

La humanidad fue derrotada por los extraterrestres, XCOM demostró ser incapaz de resistir la amenaza alienígena y fue traicionada por las naciones del consejo, quienes se rindieron a los extraterrestres poco después de que comenzara la invasión.

[27]​ En el Vengador, el Comandante cuenta con el apoyo del científico rebelde ex-ADVENT, el Dr. Richard Tygan, que reemplaza a la ahora desaparecida Dra.

Entonces, el Comandante se pone en contacto con el Portavoz, el último miembro leal a XCOM restante del Consejo.

También rastrean la sede de los Elders hasta una base submarina a la que se puede acceder mediante un portal psiónico especial.

[28]​ Solomon describió el desarrollo del juego como una experiencia más liberadora que hacer el reinicio de 2012 porque el equipo había acumulado una audiencia y ya no era necesario enfrentarse a las expectativas de los juegos originales.

Según Jake Solomon, el proceso creativo del juego estuvo "orientado a la jugabilidad".

[31]​[32]​ En comparación con Enemy Unknown, los escritores pasaron más tiempo escribiendo la historia de fondo del juego.

El concepto de niveles generados proceduralmente en Enemy Unknown fue desechado porque Firaxis creía que sería desventajoso y plagado de errores, y que los objetos generados por procedimientos no encajaban con la atmósfera del juego.

Las misiones secundarias, las ubicaciones enemigas, los refuerzos y los mapas multijugador también se generan aleatoriamente.

[51]​ La compatibilidad con Gamepad para PC y un modo que permite a los jugadores explorar la sede del Vengador en perspectiva en primera persona fueron lanzados en noviembre de 2016.

[53]​ Los jugadores respondieron negativamente a las noticias porque sospechaban que el DLC era contenido cortado de la versión original.

Firaxis lanzó el Unreal Development Kit, que permite a los jugadores crear su propio contenido.

A McGee le gustó el aspecto estratégico, pero sintió que la amenaza alienígena rara vez se sentía.

Stanton y Stapleton elogiaron la inteligencia artificial del juego, la cual aprovecha todas las ventajas tácticas que tiene para presionar a los jugadores.