Historia rozpoczyna się na Ziemi, gdzie znany z dwóch poprzednich odsłon Shepard jest sądzony za czyny, których dopuścił się by odbić Dr. Kenson z rąk Batarian (miało to miejsce w dodatku DLC Mass Effect 2: The Arrival). Jedną z rozpraw przerywa inwazja prastarej rasy Żniwiarzy na naszą planetę. W prologu udaje nam się uciec na pokład statku Normandia i rozpoczynamy gromadzenie sojuszników oraz walkę z najeźdźcami. Stawką jest tym razem przetrwanie całego gatunku ludzkiego. Wśród naszej załogi znajdziemy wiele znajomych twarzy. W walce ze Żniwiarzami pomogą nam m.in. Liara, Garrus, James Sanders oraz Kaiden lub Ashley. Ponadto powracają postacie takie jak Wrex, Legion, Mordin oraz Anderson. Ważną rolę odgrywa też Człowiek Iluzja. Kontrolowana przez niego organizacja Cerberus tym razem chce zabić Sheparda.
Kampanię możemy rozpocząć na dwa sposoby - tworząc zupełnie nowego bohatera lub wczytując zapisany stan gry z dwóch poprzednich odsłon cyklu. W tym drugim przypadku możemy liczyć nie tylko na zachowanie odblokowanych cech postaci, ale również na przeniesienie do nowego uniwersum informacji na temat wszystkich podjętych wcześniej decyzji. Jednocześnie gra oferuje też interaktywny komiks zatytułowany Poprzednio w Mass Effect.
Dzięki niemu możemy przypomnieć sobie fabułę oraz ukształtować poprzednie wydarzenia, jeśli nie zdecydujemy się na wykorzystanie pliku z zapisanym stanem gry. Twórcy przygotowali szereg różnych zakończeń. Finał całej historii w dużym stopniu zależy od tego, kogo mamy w swojej drużynie i jakich sojuszników udało nam się pozyskać.
W trakcie kampanii zwiedzimy wiele miast oraz planet, poprowadzimy ciekawe dialogi z przedstawicielami różnych ras oraz weźmiemy udział w licznych walkach. Starcia odbywają się w czasie rzeczywistym i przypominają gry akcji. Tempo walk jest około 15% większe niż w Mass Effect 2, same potyczki niewiele mają wspólnego z typowymi grami RPG. Shepard może chować się za osłonami, robić przewroty, aby unikać ciosów przeciwników i walczyć wręcz. Za sukcesy nagradzani jesteśmy punktami doświadczenia, które wydajemy następnie na rozwój umiejętności. Mimo ograniczenia liczby elementów RPG wrażenie kontroli nad kierunkiem w którym rozwijał się będzie nasz bohater, jest silniejsze niż w poprzedniej części serii. Otrzymujemy też większe drzewka umiejętności, a wszystkie moce mogą być teraz wielokrotnie rozwijane.
Uzbrojenie przypomina to z drugiej części cyklu. Powraca możliwość modyfikacji całego arsenału i dodawania nowych celowników czy luf. Wszystko to zmienia zarówno wygląd, jak i możliwości ofensywne sprzętu. Na nasz ekwipunek wpływa też wybrana klasa postaci. Żołnierz może nosić cały arsenał jednocześnie, podczas gdy w przypadku innych specjalizacji pojawiają się ograniczenia ilościowe. Nie znajdziemy za to żadnych broni, których używanie wymaga konkretnej profesji. Do naszej dyspozycji oddano także granaty.
Największą nowością w porównaniu do poprzednich odsłon jest wprowadzenie rozbudowanego trybu multiplayer. Gra umożliwia wzięcie udziału w czteroosobowych misjach kooperacyjnych. Co ciekawe, nie wcielamy się wtedy w Sheparda, ani inne postacie znane z kampanii single-player. Zamiast tego musimy stworzyć od podstaw nowych bohaterów. Głębi rozgrywce dodaje system rozwoju postaci, w ramach którego zdobywamy nowe poziomy doświadczenia i ulepszamy uzbrojenie. Kolejną ciekawą innowacją jest tzw. Galaxy at War, będącym bonusowym dodatkiem do kampanii solowej. Mechanizm ten decyduje o tym, jak wiele środków możemy wykorzystać w walce z Reaperami. Zwiększanie jego poziomu odbywa się m.in. poprzez wypełnianie misji kooperacyjnych. Jednocześnie jednak wszystko da się osiągnąć samotnie i twórcy nie zmuszają nikogo do zabawy z innymi ludźmi. Galaxy at War jest jedynie alternatywną metodą na przeżycie tej historii, a branie udziału w tego rodzaju rozgrywkach może nam ułatwić osiągnięcie danych celów w kampanii dla pojedynczego gracza.
