Sonic Adventure DX — классический 3D-платформер и первая попытка перенести главный символ Sega в полноценное трёхмерное пространство. В игре чередуются насыщенные действием этапы и обширные зоны для исследования; кроме того, предусмотрено множество мини-игр.

Играть можно за шестерых персонажей: Соника — быстрого синего ежа и главного героя серии; Тейлза — юного лиса-изобретателя с двумя хвостами; Наклза — красную ехидну, способную карабкаться по стенам и парить; Эми — розовую ежиху с молотом; робота-шагохода Е-102 Гамму, атакующего лазерами; и кота Бига — неповоротливого любителя рыбалки. Их игровые стили заметно различаются, и у каждого есть своя сюжетная линия. Благодаря этому основной сюжет раскрывается с разных точек зрения. Рассказ сопровождают многочисленные диалоги и кат-сцены, а отдельные элементы мира выдержаны в научно-фантастическом духе.

Занятия включают платформенные прыжки, заезды на время, поездки на машине и сноуборде, полёты на самолёте, рыбалку, сражения с противниками и боссами, погони, решение головоломок и сбор колец. Можно также гулять по Station Square — городу, устроенному как частично открытый мир. На уровнях спрятаны секреты и улучшения для персонажей. Ещё доступны три сада чао, в которых можно выращивать забавных существ в духе тамагочи, и коллекционирование медалей: собрав 130, игрок открывает Метал Соника.

Доктор Эггман стремится завоевать мир. Безумный учёный освобождает зловещее божество и пытается добыть для него семь Изумрудов Хаоса. Герои должны остановить сбор артефактов, а заодно раскрыть тайны могущественных камней.