Call of Duty: Infinite Warfare - тринадцята основна частина щорічної серії шутерів від першої особи. Вона продовжує футуристичний напрямок попередніх ігор, додаючи бої у відкритому космосі, а також бої в умовах невагомості. Як завжди, гра поєднує в собі однокористувацьку кампанію, режим гри проти зомбі та повноцінний багатокористувацький режим.
Дія одиночної кампанії розгортається в далекому майбутньому, де більшість природних ресурсів Землі вичерпано. Внаслідок зростання населення та промислової експансії було створено Космічний Альянс Організації Об'єднаних Націй (UNSA) як політичну організацію, що має займатися всіма аспектами колонізації космосу. Різні організації намагаються контролювати колонії, зокрема Організація Сонячного асоційованого договору (SATO), якій протистоїть вороже налаштована фракція Фронт оборони поселень (SDF). Гра зосереджується на моменті, коли SDF атакує UNSA, серйозно послаблюючи її оборону на Землі. Головний герой - пілот спецоперацій першого рівня капітан Рейес, який входить до складу військового підрозділу "Спеціальна бойова повітряна розвідка" (SCAR), що має завдання захищати UNSA. Лише два великі військові кораблі пережили атаку, і Рейс перебуває на одному з них під назвою "Відплата". Як один з небагатьох офіцерів, що вижили, він незабаром отримує командування кораблем, який відтепер виконує роль центрального вузла.
Різні місії часто наголошують на партизанському підході з елементами стелс проти набагато сильніших SDF. У космосі це робиться за допомогою підступних стрибків зі швидкістю світла. Більшість протистояння SDF складається з солдатів-безпілотників. У космосі також проводяться місії повітряних боїв з вільним переміщенням з використанням меншого винищувача під назвою "Шакал". З містка головного корабля можна розпочати як основні, так і додаткові місії, причому останні під назвою "Штурм корабля" відкривають нові перки, зброю та спорядження. Помітним побічним персонажем є Ітан, дрон-винищувач з індивідуальністю. Рейес може використовувати гак для навігації в умовах невагомості в поєднанні з прискореннями. Він також має наручний комп'ютер, щоб керувати машинами та зламувати ворожі гаджети. Кампанія вводить два нових режими складності: Спеціаліст та #YOLO. У першому режимі рух Рейса може бути порушений, коли йому стріляють у ноги, він може вибивати зброю з рук супротивників, а регенерація здоров'я можлива лише за допомогою нанопострілів. Інша, #YOLO, вводить перманет замість перезапуску на контрольних точках.
Мережевий мультиплеєр продовжує багато ігрових елементів і механік, представлених у попередній грі Call of Duty: Black Ops III. Це проявляється у швидкому ланцюговому пересуванні зі слайдами, стінами та прискореннями на основі різних бойових установок, які замінили систему класів. Шість установок - це FTL, Merc, Phantom, Stryker, Synaptic і Warfighter. Кожна з них надає різні можливості для різних стилів гри. Додатково можна використовувати постійні перки, які називаються "Риси". Повернулися такі режими гри, як "Домінування", "Хардпойнт" і "Убивство підтверджено". Два нових - Defender і Frontline. Defender - це гра про управління кулястим дроном, що поєднує в собі геймплей Hardpoint та Uplink. Frontline - це більш традиційний режим командного смертельного поєдинку, де за вбивства за межами домашньої бази, де надається бонус до броні, нараховуються подвійні очки.
Нові типи зброї часто засновані на енергії, а також гранати "Чорна діра", які можуть тимчасово змінювати гравітацію. До основної та додаткової зброї можна прикріплювати пристосування, а також з'явилася нова система крафтингу. Бали, зароблені під час матчів, можна зберегти, щоб отримати доступ до прототипів зброї. Таким чином можна придбати чотири прототипи зброї: звичайну, рідкісну, легендарну або епічну. Кожна зброя надає різні переваги, які називаються Gun Perks. Бойові установки надають спеціальну зброю, яка називається "Вантажопідйомність". Вони включають в себе можливість ненадовго перетворитися на хижого звіра або Кіготь як зброю з кулями, що відскакують. Основний рейтинговий багатокористувацький режим зосереджений навколо гри у Світовій лізі. Більшість спеціальної зброї можна отримати за допомогою ключів, які використовуються для відкриття ящиків зі здобиччю. Їх також можна одразу купити за реальні гроші.
Режим кооперативної гри проти зомбі має гумористичну обстановку 1980-х років, засновану на передумові чотирьох акторів. Вони думають, що проходять прослуховування для фільму, але опиняються в моторошному тематичному парку, де режисер грається з ними. Гравці здобувають зброю і прориваються крізь барикади, щоб отримати доступ до нових частин парку в декількох раундах, намагаючись вижити якомога довше. Новими елементами є робот, якому можна допомогти отримати війська підтримки, і використання навколишнього середовища у творчий спосіб, щоб позбутися зомбі. Космічної битви в цьому режимі немає, але перки та бонуси зберігаються. Карти Долі та Фортуни - це новий елемент, який заробляється з кожним новим рівнем, подібно до Жуйок у Black Ops III.