Шутер от третьего лица, вращающийся вокруг Бюро операций и командования, также называемого XCOM. Уильям Картер, некогда успешный агент ЦРУ, нанимается в бюро XCOM, чтобы остановить инопланетное вторжение, неосознанно оказавшись в самом его центре. Все это происходит на фоне атмосферы 1960-х годов.
Во время тактических боев можно использовать "систему Battle Focus", чтобы замедлить время и продумать стратегические ходы для размещения своих агентов и переломить ход боя в свою пользу. Если один из ваших агентов потеряет жизнь, он не вернется обратно в игру (permadeath), что делает стратегию выхода живым из стычки намного сложнее. Каждый агент, который участвует в миссии, может быть улучшен и полезен своими преимуществами и особенностями. На каждую миссию вы отправляетесь с двумя другими агентами, которые, как и вы, получают опыт, сражаясь с инопланетными захватчиками. Основные типы агентов - коммандос, снайпер, солдат и инженер, которые ограничены оружием, которым они владеют лучше всего, то есть снайперской винтовкой, пулеметом, пистолетом или дробовиком. В дальнейшем, по мере обнаружения и изучения вражеского оружия, вы сможете назначить им и это.
Все агенты оснащены специальным устройством, которое дает им способности, помогающие в бою, и каждая из этих способностей может быть улучшена, но многие из них являются взаимоисключающими. В то время как другие агенты могут достичь 5-го уровня, Уильям Картер может достичь 10-го уровня и получить более разрушительные способности, такие как вызов инопланетного Силакоида или дрона в инопланетном стиле, чтобы сражаться на вашей стороне, и даже использовать свой контроль сознания, чтобы заставить вражеского бойца сражаться за вас, даже элиту и командиров. Большая часть игры основана на тактике прикрытия и отдаче команд своим агентам, чтобы они обошли врага с фланга или использовали свои собственные способности, чтобы помочь вам. Вы также можете лечить своих агентов и себя, тем самым предотвращая смерть смертельно раненого агента, даже если этот агент - вы сами, в этом случае вы должны отдать команду одному из своих товарищей прийти и оживить вас, пока еще есть время.
В перерывах между миссиями вы будете исследовать базу XCOM и общаться с другими персонажами, которые могут открыть небольшие подзадания на базе. Во время начальных диалогов вам могут быть предложены различные варианты выбора, которые могут немного повлиять на некоторые вещи в игре, например, решение скрыть заговор или вывести его на свет, а завершающие диалоги позволят вам расспросить о вещах, чтобы получить больше информации о врагах, исследованиях и других событиях. Карта миссий показывает новости с фронта, второстепенные миссии, позволяющие получить дополнительный опыт, агентские миссии, на которые вы можете отправить своих агентов, чтобы получить новый персонал или технологии, и основные миссии, которые продвигают сюжет.