Шутер від третьої особи, що обертається навколо Бюро операцій та командування, також званого XCOM. Вільям Картер, колись успішний агент ЦРУ, наймається в бюро XCOM, щоб зупинити інопланетне вторгнення, неусвідомлено опинившись у самому його центрі. Усе це відбувається на тлі атмосфери 1960-х років.
Під час тактичних боїв можна використовувати систему Battle Focus, щоб уповільнити час і продумати стратегічні ходи для розміщення своїх агентів і переломити хід бою на свою користь. Якщо один із ваших агентів втратить життя, він не повернеться назад у гру (permadeath), що робить стратегію виходу живим із сутички набагато складніше. Кожен агент, який бере участь у місії, може бути покращений та корисний своїми перевагами та особливостями. На кожну місію ви вирушаєте з двома іншими агентами, які, як і ви, набувають досвіду, борючись з інопланетними загарбниками. Основні типи агентів - командос, снайпер, солдат та інженер, які обмежені зброєю, якою вони володіють найкраще, тобто снайперською гвинтівкою, кулеметом, пістолетом або дробовиком. Надалі, у міру виявлення та вивчення ворожої зброї, ви зможете призначити їм і це.
Всі агенти оснащені спеціальним пристроєм, який дає їм здібності, що допомагають у бою, і кожна з цих здібностей може бути покращена, але багато з них є взаємовиключними. У той час як інші агенти можуть досягти 5-го рівня, Вільям Картер може досягти 10-го рівня і отримати більш руйнівні здібності, такі як виклик інопланетного силакоїду або дрону в інопланетному стилі, щоб боротися на вашому боці, і навіть використовувати свій контроль свідомості , щоб змусити ворожого бійця боротися за вас, навіть еліту та командирів. Більшість гри заснована на тактиці прикриття та віддачі команд своїм агентам, щоб вони обійшли ворога з флангу або використали свої власні здібності, щоб допомогти вам. Ви також можете лікувати своїх агентів і себе, тим самим запобігаючи смерті смертельно пораненого агента, навіть якщо цей агент - ви самі, у цьому випадку ви повинні віддати команду одному зі своїх товаришів прийти та оживити вас, поки ще є час.
У перервах між місіями ви будете досліджувати базу XCOM і спілкуватися з іншими персонажами, які можуть відкрити невеликі завдання на базі. Під час початкових діалогів вам можуть бути запропоновані різні варіанти вибору, які можуть трохи вплинути на деякі речі у грі, наприклад, рішення приховати змову або вивести її на світ, а завершальні діалоги дозволять вам розпитати про речі, щоб отримати більше інформації про ворогів, дослідження та інших подіях. Карта місій показує новини з фронту, другорядні місії, що дозволяють отримати додатковий досвід, агентські місії, на які ви можете надіслати своїх агентів, щоб отримати новий персонал або технології, та основні місії, які просувають сюжет.