Głównym bohaterem jest Ryu Hayabusa, młody wojownik ninja, któremu powierzono zadanie strzeżenia niezwykle potężnego miecza, ukrytego gdzieś w odległej górskiej wiosce. Niezbyt dobrze wywiązuje się on ze swoich obowiązków, ponieważ osada zostaje zniszczona a miecz wykradziony przez niejakiego Doku. Nie trudno się domyślić, że Ryu musi wyruszyć w pościg za złoczyńcą i nie dopuścić do wykorzystania ostrza w złym celu.

Ryu Hayabusa jest głównym, lecz nie jedynym bohaterem gry. Gracze otrzymali także możliwość wcielenia się w urodziwą wojowniczkę o imieniu Rachel. Niewiasta, oprócz niewątpliwych walorów fizycznych, wyposażona została także w dosyć pokaźny arsenał śmiercionośnych zabawek, dzięki którym potrafi eliminować wrogów równie skutecznie jak Ryu. Ponadto posiada ona zestaw unikalnych umiejętności, co zmusza gracza do przyjęcia nieco odmiennego sposobu prowadzenia gry.

Ninja Gaiden Sigma Plus jest typową grą akcji, tak więc większość zabawy upływa na przemierzaniu kolejnych etapów i eliminowaniu napotkanych po drodze wrogów. Elementem charakterystycznym tego tytułu jest rozbudowany system walki, który pozwala na wykonywanie wielu niezwykłych akrobacji i ciosów specjalnych. Wymaga to jednak sporego refleksu i szybkich reakcji, co może sprawić trudności niezbyt doświadczonym graczom. W wersji na PS Vita pojawiły się jednak pewne ułatwienia. Zaimplementowano w niej nowy tryb rozgrywki nazwany Hero Mode, który polega na tym, że tuż przed śmiercią bohatera automatycznie włączają się uniki oraz obrona.

Zmian doczekał się również system sterowania, który został dostosowany do możliwości przenośnej konsoli Sony. Oprócz tradycyjnych dżojstików i przycisków wykorzystano także ekran dotykowy oraz tylny panel, który odpowiedzialny jest za sterowanie siłą wykorzystywanych umiejętności.