Wolfenstein 3D é um jogo de tiro em primeira pessoa apresentado com gráficos 3D rudimentares e uma continuação do jogo de infiltração de cima para baixo Castle Wolfenstein. O jogo é dividido em níveis, cada um dos quais é um plano plano dividido em áreas e salas por um padrão baseado em grade de paredes e portas, todas de igual altura. Cada nível tem como tema os bunkers e edifícios nazistas. Para terminar um nível, o jogador deve atravessar a área para chegar a um elevador. Os níveis são agrupados em episódios nomeados, com o nível final focado em uma luta contra um inimigo particularmente difícil. Ao atravessar os níveis, o jogador deve lutar contra guardas e soldados nazistas, cães e outros inimigos enquanto gerencia suprimentos de munição e saúde. Embora os lançamentos posteriores do jogo incluíssem a expansão Missões Noturnas, esta versão inicial não.

O jogo segue B. J. Blazkowicz, um espião americano durante a Segunda Guerra Mundial e seus esforços para destruir o regime nazista. Wolfenstein 3D é dividido em dois conjuntos de três episódios. Em "Fuga", Blazkowicz foi capturado enquanto tentava encontrar os planos para a Operação Eisenfaust (Punho de Ferro) e preso no Castelo Wolfenstein, do qual ele deve escapar. "Operação: Eisenfaust" segue sua descoberta e frustração do plano nazista de criar um exército de mutantes mortos-vivos no Castelo Hollehammer, enquanto em "Die, Führer, Die! " ele se infiltra em um bunker sob o Reichstag, culminando em uma batalha com Adolf Hitler em um traje robótico equipado com quatro metralhadoras.