Der Spieler steuert einen der vier Soldaten, von denen jeder auf einen bestimmten Waffentyp spezialisiert ist. Es ist jederzeit möglich, auf einen anderen Marine zu wechseln, den jeweils verbleibenden Soldaten können Bewegungsbefehle erteilt werden. Ebenso können taktische Positionen zugeteilt werden, um Orte gegen heranstürmende Aliens verteidigen zu können. Auch die aus Alien 3 bekannten Selbstschussanlagen kommen zum Einsatz. Aliens: Colonial Marines wird kein HUD besitzen, welches dem Spieler Informationen zum Gesundheitszustand oder dem Munitionsvorrat gibt. Es kommen aber Geräte zum Einsatz um beispielsweise Feindbewegeungen zu lokalisieren, wie sie aus dem Film Aliens bekannt sind.
Der Hauptgegner sind Aliens, welche sich für gewöhnlich an den Spieler heranschleichen oder in flankieren. Es treten verschiedene Aliengattungen auf, die jede für sich eine eigene Angriffstaktik haben. Facehugger versuchen auf das Gesicht des Spielers zu springen, um diesem ein Embryo einzusetzen, welches diesen dann tötet. "Warriors" sind die vorherrschende Gattung, wie sie auch aus dem Film Aliens bekannt ist. "Runners" sind eine schnellere Spezies, die die Vorgehensweise der Marines beobachten und in kleineren Gruppen oder alleine angreifen. Dieser Alientyp basiert auf den Kreaturen aus Alien 3. Drohnen tragen und platzieren die Eier im Nest der Königin. Eine Alienkönigin wird als Bossgegner im Spiel auftreten. Die "Crusher" sind ein neuer und wesentlich größerer Alientyp, welche über einen Panzerschild am Hinterkopf verfügen, der von normalen Projektilen nicht durchbrochen werden kann und mit dem sie versuchen den Spieler zu rammen oder Hindernisse zu zerstören.
Neben genretypischen Aktionen wie Laufen, Springen und Schießen, werden auch Quicktime-Events in Nahkämpfen gegen einzelne Aliens zum Einsatz kommen, unter anderem um sich gegen die Facehugger zu wehren.
Mehrspieler
Das Spiel besitzt einen Koop-Modus für die Kampagne für zwei Spieler im Split-Screen-Modus oder für bis zu vier Spieler über das Internet.
