В X-COM: UFO Defense игрок возглавляет одноимённую организацию, созданную правительствами всех стран после появления космических захватчиков. Задача X-COM — защищать население Земли: нужно планировать оборону, обучать бойцов и снабжать их оружием. При угрозе следует сразу сбивать вражеские корабли, хотя это лишь начало противостояния.

Когда корабль терпит крушение, неподалёку высаживается элитная группа из нескольких солдат. Ей необходимо полностью уничтожить оставшихся пришельцев, добыть важные сведения и вернуться на базу. Наземные операции проходят в пошаговом режиме: решения о действиях каждого бойца требуют обдуманности, ведь от них зависят и его выживание, и выполнение задания.

В ходе миссий солдаты узнают о технологиях, мотивах и физиологических особенностях пришельцев. Собранные знания помогают X-COM обнаруживать уязвимости противника и создавать сопоставимые по силе оружие и броню. Чтобы успешно выполнять задания, сохраняя весь боевой состав, игроку нужно предугадывать действия врага, изучать его тактику и приспосабливать к ней свою.