Max Payne 3 - это третья основная игра серии, действие которой происходит через несколько лет после событий предыдущих частей. После работы агентом DEA и детективом Нью-Йоркского полицейского управления главный герой Макс Пейн переезжает из Хобокена, штат Нью-Джерси, в Сан-Паулу, Бразилия. В поисках новой жизни и желая оставить свое прошлое позади, он работает в частной охране Родриго Бранко. Когда жену Бранко Фабиану захватывает уличная банда во время вечеринки на крыше, Пейн отправляется спасать ее, но события быстро выходят из-под контроля. Он по-прежнему сильно пьет, и хотя нарисованные панели комиксов больше не присутствуют, в cut-scenes по-прежнему присутствует вид панелей, а сюжет развивается с помощью внутриигрового движка с характерным внутренним диалогом за кадром и элементами фильма-нуар. В середине игры Пейн также меняет свой типичный костюм или плащ на бородатый, коротко стриженный образ в рубашке. По сравнению с предыдущей игрой и из-за места действия визуальные эффекты также часто намного ярче.
Игра проходит как шутер от третьего лица, где Пейн часто оказывается в меньшинстве по сравнению с врагами. Чтобы выжить, необходимо использовать механику "прайм-тайм пули", принятую в серии. Активируя ее, Пейн замедляет время и может прыгать, уклоняться, стрелять и настигать нескольких врагов подряд, чтобы уничтожить их. Его продолжительность определяется полоской справа, которой нужно время, чтобы снова заполниться. Находясь в приземленном положении после прыжка, Макс остается в нем и может быстро стрелять в любом направлении. Побежденные противники оставляют после себя оружие, которое можно обменять или разрядить для получения дополнительных патронов. Можно собрать несколько видов оружия и через радиальное меню быстро выбрать другой. Пэйн умеет владеть двумя пистолетами, а также использует дробовики и автоматическое оружие. Геймплей включает в себя механику укрытия, когда укрытие можно найти практически возле любого объекта. Из безопасного положения можно прицелиться и выстрелить или выпрыгнуть. Чтобы выжить, необходимо постоянно использовать укрытия, а для быстрого уничтожения врагов часто требуются определенные части тела, например, выстрелы в голову. Здоровье отображается в виде очерченной фигуры справа. Когда Макс получает пули, она заполняется красным цветом. Чтобы не умереть, ему приходится подбирать и глотать болеутоляющие средства, которые продаются в небольших упаковках.
Некоторые объекты в окружающей среде можно исследовать в поисках подсказок, а мигающие кнопки можно нажимать, чтобы открыть двери и ворота. Для создания кинематографического эффекта есть камера, которая следует за снарядом до момента попадания. Игрок может вручную замедлить камеру и повернуть ее, а затем продолжить стрельбу. Не вся история рассказывается в хронологическом порядке. Некоторые части игры воспроизводятся из флэшбэков и рядом с такими локациями, как рестораны, клубы, крыши домов, доки, отели и фавелы, есть сцены, где Макс стреляет с вертолета или во время гонки на лодке по реке. Много раз эпизоды плавно переходят в игровые сцены. Помимо основных задач, стиль стрельбы вознаграждается достижениями в игре, а дополнительные золотые детали оружия можно собирать в наборы. Основной сценарий дополнен аркадным режимом, а режим New York Minute разблокируется после однократного прохождения игры.
Многопользовательская игра - совершенно новая для серии. Помимо обычных deathmatch-игр в нем есть командный режим Gang Wars, основанный на получении опыта, использовании перков, определении пользовательского снаряжения и т.д. Игры включают в себя варианты capture-and-hold и capture-the-flag. В игре также используется механика bullet time, активация которой затрагивает всех противников в зоне прямой видимости персонажа. Команды, созданные в среде Rockstar's Social Club, могут быть перенесены в разные игры.