Celem gry jest zwycięstwo w wyścigach odbywających się na rozmaitych, kolorowych trasach (kanion, wodospady, starożytne ruiny etc.). Zawody rozgrywane są z dużą prędkością, co zmusza użytkownika do szybkiego reagowania na zakrętach, jak również do przeskakiwania nad przeszkodami poprzez balansowanie ciałem. Z kolei odpowiednio wymachując i potrząsając rękoma, można zbierać porozrzucane na trasie przedmioty (kule do kręgli, rakiety, pułapki itp.), a następnie użyć ich przeciwko oponentom, by co bardziej utalentowanych wykluczyć z rywalizacji.

Gracz w Sonic Free Riders mado wyboru dwa rodzaje środków lokomocji – futurystyczne rowery oraz unoszące się nad ziemią deski snowboardowe. Oba typy pojazdów można poddawać ulepszeniom, a także zmieniać ich wygląd zewnętrzny, modyfikując części lub kolory poszczególnych elementów.

Wybór postaci w Sonic Free Riders nie ogranicza się jedynie do stworów znanych z poprzednich gier Segi (jak Tails, Knuckles czy Jet the Hawk). Jeżeli graczowi nie przypadną do gustu zawodnicy przygotowani przez autorów, może użyć do zabawy własnego awatara, zaimportowanego wprost z usługi Xbox Live. Prócz tego, jak większość produkcji dostępnych na Xboksa 360, poza trybem single, wyścigi oferują też opcję gry wieloosobowej za pośrednictwem Sieci.