Spelers zullen zowel de klassieke tweedimensionale side-scrolling gameplay ervaren als de driedimensionale gameplay uit de nieuwe Sonic-games. Sega belooft herkenbare levels "gebaseerd op drie karakteristieke tijdperken uit twintig jaar videogamegeschiedenis van Sonic the Hedgehog."

Daarbij is zowel Classic Sonic, de Sonic uit 1991, als Modern Sonic aanwezig. Deze verschillen niet alleen in uiterlijk, maar ook in de aanvallen waarover ze kunnen beschikken. Classic Sonic heeft Spin Dash en Spin Attack en Modern Sonic kan gebruikmaken van Homing Attack en Sonic Boost.

Chaos

In Sonic Generations krijgt de blauwe egel te maken met mysterieuze nieuwe macht die tijdgaten creeërt. Hierdoor worden Sonic en zijn vrienden naar het verleden getrokken, waar ze Classic Sonic tegenkomen. Samen moeten de twee Sonics hun vrienden redden en het opnemen tegen de nieuwe vijand.