Gra jest mieszanką akcji i prostych zagadek logicznych, którą przyprawiono sporą dawką humoru i kreskówkową grafiką. Luigi's Mansion: Dark Moon jest bezpośrednią kontynuacją pierwszej części wydanej w 2001 roku na konsolę GameCube, która była jednym ze startowych tytułów na tej platformie. Pomimo ciepłego przyjęcia przez graczy, dosyć szybko popadła w zapomnienie, przyćmiona przez większe i popularniejsze tytuły.

W dwójce twórcy nie zdecydowali się odejść od przyjętej przez poprzednika formuły i pomimo przeniesienia tytułu na mały ekran konsolki, rozgrywka przypomina tę sprzed lat. Luigi ponownie jest proszony o pomoc w pozbyciu się uporczywych duchów. Zleceniodawcą i jego przewodnikiem w realizacji tego zadania jest wynalazca, profesor Elvin Gadd. Przekazuje on Luigiemu swój najnowszy wynalazek, odkurzacz Poltergust 5000. będący w stanie pochłonąć prawie każdego ducha. Uczony dzieli się także kilkoma wskazówkami dotyczącymi używania odkurzacza, a następnie przenosi bohatera do pierwszego nawiedzonego domu.

W trakcie gry naszą bazą wypadową jest laboratorium profesora Gadda, skąd przenosimy się do odblokowywanych z czasem lokacji. Przez większą część zabawy Luigi przemieszcza się od pokoju do pokoju w poszukiwaniu kolejnych gotowych do zneutralizowania duchów. Żeby złapać duchy musimy najpierw ogłuszyć je za pomocą lampy błyskowej, a następnie jak najszybciej uruchomić odkurzacz i wymierzyć nim w cel. Kiedy już pracuje, punkty zdrowia przeciwnika spadają, a my jak w grach wędkarskich, poruszamy gałką analogową i sterując strumieniem powietrza staramy się nie zgubić schwytanego celu. Czasami upiory, na które polujemy sprawią kłopot osłaniając się przed rażącym ich światłem lub błyskawicznie znikając z pola widzenia. Aby je złapać, musimy wykorzystać nasze otocznie rozwiązując proste zagadki lub znaleźć ich specyficzne słabości. Kiedy uporamy się z większością upiorów w danym miejscu, będziemy mieli okazje walczyć z charakterystycznymi bossami, którzy są ostatecznym wyzwaniem dla naszych umiejętności poskramiacza duchów.

Poza walką ze zmorami, ważnym elementem gry jest także eksploracja miejsc do jakich trafiamy. Znajdując ukryte klucze i skarby, odblokowujemy kolejne komnaty i sekrety nawiedzonych posiadłości. Podobnie jak w większości gier, w których pojawia się któryś z braci Mario, naszym zadaniem będzie także kolekcjonowanie poukrywanych w najprzeróżniejszych miejscach monet.

Przez większość czasu, kamera w Luigi's Mansion: Dark Moon pozostaje nieruchoma, przez co twórcy mogli lepiej wykorzystać obraz 3D oferowany przez konsolę. Wszystkie zwiedzane przez nas pokoje i korytarze dzięki trójwymiarowym efektom przypominają małe dioramy, co dodatkowo wpływa na radość płynącą z zabawy. Gra jest jednym z najlepiej wyglądających tytułów na konsolę 3DS. Na uwagę zasługują zwłaszcza efekty świetlne, animacje postaci i duchów.