Ogólna mechanika rozgrywki w Arkham City jest bardzo zbliżona do poprzedniej części serii. Batman w zależności od upodobań może przystępować do bezpośrednich walk z przeciwnikami, polegając na bogatym wachlarzu ruchów (kopnięcia, ciosy nokautujące, kontrataki, uniki, kombinacje uderzeń itp.), bądź też pozostawać w ukryciu i skupiać się na eliminowaniu wrogów z zaskoczenia. Same walki są tym razem jeszcze bardziej emocjonujące i w wielu przypadkach trudniejsze, wymagając radzenia sobie między innymi z więźniami wyposażonymi w broń palną, tarcze, zbroje, noże czy paralizatory. W grze nie zabrakło także niezwykle ekscytujących pojedynków z bossami, wymuszającymi wykazywanie się kreatywnością oraz dużą zręcznością.
Oprócz brania udziału w bójkach Człowiek-Nietoperz zajmuje się również eksploracją okolicy i rozwiązywaniem licznych zagadek. Świat gry jest znacznie bardziej otwarty niż w poprzedniej części cyklu, a także oferuje większą liczbę zadań do wykonania. Oprócz przechodzenia głównego wątku fabularnego możemy zaliczać misje poboczne, odnajdywać porozmieszczane po całej okolicy zagadki. Dostępne są wszystkie gadżety Batmana znane z Arkham Asylum, część z nich doczekała się istotnych zmian (możemy teraz np. zmieniać kierunek przemieszczania się podczas korzystania z wyrzutni lin).
W trakcie pobytu w Arkham City tytułowy bohater obcuje z jeszcze większą niż wcześniej liczbą postaci znanych z uniwersum DC Comics. Oprócz Jokera są to między innymi Harvey „Dwie Twarze” Dent, Pingwin, pan Freezee, Deadshot, Harley Quinn czy Hugo Strange. Co ciekawe, w grze możemy wcielić się w postać Kobiety-Kota. Seksowna kocica dysponuje unikatowymi umiejętnościami oraz gadżetami.
Tryb gry: single player