Twórcy Modern Warfare 3 postarali się, by wydarzenia można było obserwować z różnych perspektyw. Co za tym idzie gracze mają okazję wcielić się m.in. w czołgistę, strzelca samolotu AC-130, żołnierza oddziału SAS i agenta Służby Ochrony Federacji Rosyjskiej (FOS). W grze pojawia się wiele postaci znanych z wcześniejszych odsłon cyklu, ale także zupełnie nowi bohaterowie, w tym chociażby członkowie jednostki Delta Force o pseudonimach „Frost” i „Sandman”.

Rozgrywka w Modern Warfare 3 bazuje na sprawdzonych rozwiązaniach znanych z wcześniejszych odsłon serii. Deweloperzy urozmaicili zabawę poprzez zwiększenie dostępnych liczby broni i pojazdów. Niewielkie zmiany wprowadzono również w rozgrywce sieciowej. Oprócz typowych potyczek wieloosobowych przygotowano tryb Spec Ops nastawiony głównie na kooperację (chociaż można w niego grać również samemu). W jego skład wchodzą tak zwane Mission, czyli 16 dodatkowych misji o rosnącym poziomie trudności oraz Survival polegający na odpieraniu kolejnych fal przeciwników.

Oprawa wizualna gry w niewielkim stopniu różni się od tego, co ekipa studia Infinity Ward zademonstrowała w Modern Warfare i Modern Warfare 2. Trzecia część cyklu korzysta ze sprawdzonego silnika graficznego IW 4.0.