Akcja gry toczy się kilka lat po tym, jak Lightning wspólnie ze swoimi towarzyszami uratowali Cocoon. Ludzie na nowo zaczęli zaludniać Gran Pulse i zniszczony świat zaczyna się powoli odbudowywać. Lightning niestety została uznana za zmarłą – wierzą w to wszyscy, oprócz jej siostry Serah. Bohaterka pamięta inną wersję wydarzeń i wierzy w to, że siostra przeżyła. Potwierdza to Noel, podróżnik w czasie, który pojawia się w momencie, gdy miasto Neo Bodhum zostaje zaatakowane przez potwory. To właśnie ta dwójka odgrywa główne role w tej historii. Tajemniczy młodzieniec nie wie zbyt wiele o wydarzeniach mających miejsce kilka lat temu, co pozwala twórcom przypomnieć pewne kwestie graczom, którzy nie grali w pierwszą „trzynastkę”.

Istotnym elementem budującym Final Fantasty XIII-2 są podróże w czasie, możliwe dzięki użyciu Historia Crux. To tajemnicze zjawisko przypomina zbiór powiązanych ze sobą portali, prowadzących do różnych czasoprzestrzeni. Przewodnikiem po zawirowaniach czasowych jest zabawnie wyglądający Moogle. Twórcy posłuchali krytycznych uwag fanów i tym razem w czasie rozgrywki zwiedzamy bardziej rozległe lokacje, z rozbudowanymi miastami i licznymi mieszkańcami. Poza tym, zabawa nie jest już tak liniowa jak w Final Fantasy XIII – wiele lokacji i alternatywnych światów możemy odwiedzić po to, aby zdobyć dodatkowe przedmioty, informacje lub doprowadzić do alternatywnego zakończenia gry.

Kolejne nowinki dotyczą zachowania postaci NPC, które reagują na pogodę w bardziej dynamiczny sposób – gdy zaczyna padać, ukrywają się w zadaszonym miejscu. Same dialogi są teraz bardziej nieliniowe, co prowadzi do jednego z kilku dostępnych zakończeń. Wprowadzony został także system Live Trigger, który polega na tym, że zestaw możliwych do wypowiedzenia kwestii różni się za każdym podejściem do zabawy.

System walki wygląda podobnie jak w trzynastej odsłonie. Główne różnice polegają na tym, że Noel jest łowcą potworów z Gran Pulse, w związku z czym nowością jest możliwość „zapraszania” do drużyny pojmanych stworzeń. Wybrana bestia - w ekipie w danym momencie może być tylko jedna - zbiera doświadczenie poprzez udział w walkach. Każdą z nich rozwijamy na podobnych zasadach jak postacie główne, dzięki temu system jest bardzo rozbudowany. W potyczkach pojawia się więcej Quick Time Eventów, które zwykle są przypisane do ataków specjalnych oswojonych potworów.

Oprawa graficzna nie zmieniła się zbyt mocno i dalej stoi na podobnym poziomie. Za stworzenie muzyki ponownie odpowiada Masashi Hamauzu, kompozytor ścieżki dźwiękowej do poprzedniej odsłony.