Cars 2 - це гоночна гра за мотивами фільму Діснея та Піксара. Як C.H.R.O.M.E. (Командний штаб для розвідувальних операцій та моторизованого шпигунства), гравець може брати участь у різних заходах, використовуючи одного з багатьох персонажів франшизи Cars. У грі є режим місії, який складається з різних місій, доступ до яких здійснюється після досягнення необхідного рівня дозволу. Місії очищення присуджують бали, необхідні для розблокування вищих рівнів очищення.
Гонки граються подібним чином до ігор Mario Kart: під час гонок гравець може використовувати ряд маневрів, таких як дрейфування, стрибки, їзда назад або на двох колесах, а також використовувати турбо, використовуючи енергію, або Зона турбо, яка діятиме до тих пір, поки залишиться енергія. Деякі треки дозволяють використовувати зброю (шпигунські пристосування), щоб збити конкурентів. До такої зброї належать ракети, кулемети та масляні плями.
Ігрові режими, які також складають рівні режиму місії, включають звичайний режим гонки, режим бойової гонки, що дозволяють використовувати шпигунські пристосування, режим мисливця, в якому метою є усунення хвиль ворогів, режим атаки, в якому біжучого ворога потрібно усунути до закінчення часу, режим виживання, в якому потрібно зібрати батареї, щоб уникнути ігрового супутникового променя, режим багатокористувацької бойової арени, в якому перемагає гравець, який набрав найбільше влучень, і порушник режим, багатокористувацька гра на захист.
Гра включає такі нагороди, як значки та нові персонажі для розблокування. Він також включає режим багатокористувацької мережі.