DOOM является перезагрузкой серии шутеров от первого лица и состоит из трех частей, доступ к которым осуществляется отдельно из главного меню: однопользовательская кампания, мультиплеер с различными режимами игры и редактор SnapMap, в котором можно создавать собственные карты и режимы игры и делиться ими. Хотя многие элементы серии пересматриваются, основной упор в этой части сделан на быстрый геймплей, основанный на движении, боях с переключением между различными комбинациями оружия и жестоком геймплее с брутальными финишерами, что больше напоминает первые игры. По сравнению с DOOM³ зоны стали шире, больше внимания уделяется вертикальности и поощряется наступательный подход, а медленный ужастик, основанный на страхе, остался в стороне.
Однопользовательская кампания состоит из тринадцати уровней. Действие игры происходит на Марсе в исследовательском центре корпорации Union Aerospace Corporation (UAC). Объект смог решить энергетический кризис на Земле, направив энергию из Ада в возобновляемый источник энергии, называемый Аргент-энергия. Поток энергии контролируется с помощью строительства башни Аргента, которая одновременно использует энергию и обеспечивает портал прямо в Ад. Когда персонаж игрока, именуемый Doom Marine, просыпается в тюрьме, похожей на саркофаг, вторжение из Ада уже идет полным ходом. Первоначальная цель - остановить вторжение с помощью начальника исследовательского отдела UAC Сэмюэля Хейдена. Позже внимание переключается на то, чтобы остановить Оливию Пирс, возглавляющую культ, который хочет использовать энергию башни Аргента, чтобы провести все демонические армии через портал. Действие игры происходит в исследовательском центре и в аду.
Типичное передвижение включает в себя (двойные) прыжки и приседания. На многие объекты можно забраться, а прыгая, можно повиснуть на уступах и быстро взобраться наверх. После приобретения костюма претора в самом начале игры, многие типы улучшений открываются постепенно, путем сбора жетонов. Среди категорий улучшений костюма - устойчивость к воздействию окружающей среды, технология сканирования области (также влияющая на 3D-картинку), система снаряжения, эффективность бонусов и ловкость. Оружие, такое как плазменная пушка, дробовик, тяжелая штурмовая винтовка, ракетница, молниеносная пушка и т.д., можно модернизировать за различные очки, которые также зарабатываются во время боя. Кроме того, плавающие дроны боевой поддержки могут быть использованы для модификации оружия, часто добавляя дополнительные режимы стрельбы. Помимо обычного выбора все оружие может быть доступно непосредственно через колесо оружия, при этом время замедляется. Существует еще одна система модернизации, в которой скачки энергии, найденные в локациях, используются для постоянного повышения максимального количества здоровья, брони и боеприпасов. В кодексе хранятся записи о монстрах, оружии, артефактах и окружении. Многие монстры, характерные для серии, возвращаются в обновленном виде.