В Dinosaur Fossil Hunter игрок становится профессиональным палеонтологом и исследует пустыни и джунгли США в поисках останков динозавров. По открытой местности он ездит на машине или внедорожнике: маршрут может проходить вдоль леса и по равнинам, а на дороге встречаются грязь, водоёмы и другие препятствия. Карта показывает расположение находок. Разные инструменты позволяют изучать местность, находить кости и раскапывать их.

Останки нужно осторожно извлечь и очистить: они хрупкие. Собирая их, игрок узнаёт о вымерших видах и получает примерные сведения о них; из найденных костей можно составлять динозавровые скелеты.

В начале игры музей героя пуст. Игрок сам решает, как разместить в нём находки, и может менять интерьер и декорации. Кроме того, персонаж способен изменять отдельные участки территории.

Исследование мира сочетается с сюжетной историей и выполнением основных и второстепенных квестов. Планшет сообщает правила и план действий, а также предлагает новые задания. По мере прохождения можно улучшать способности, приобретать гаджеты и открывать новые места для изучения.