De gameplay van Ace Attorney Investigations wijkt af van de bekende Ace Attorney-spelformule. In plaats van statische portretten van slachtoffers te bekijken, zul je nu, in derdepersoonsperspectief, met je team de plek van de misdaad bezoeken en op zoek gaan naar bewijsmateriaal. Bovendien krijg je de beschikking over een nieuwe 'Logic-systeem': een systeem waarbij je stukken informatie kunt combineren die vervolgens nieuwe informatie opleveren.

In Ace Attorney Investigations neem je de rol aan van Miles Edgeworth, de rivaal van Phoenix Wright (de hoofdrolspeler in de eerste drie Ace Attorney-games). Miles is met zijn twintig jaar de jongste aanklager ooit en heeft de reputatie opgebouwd dat hij criminelen snel achter de tralies krijgt, zelfs ten koste van de waarheid. Na een paar confrontaties met Phoenix Wright begrijpt Miles echter dat de waarheid soms belangrijker is dan een snelle rechtsgang.