Aliens versus Predator oferece três campanhas separadas, cada uma jogável como uma espécie separada: Alien, Predator ou Human Colonial Marine. Cada personagem do jogador tem objetivos, habilidades e armas diferentes. A campanha single-player apresenta ao jogador uma série convencional de níveis para progredir, projetados em torno das habilidades de cada personagem. Como fuzileiro naval colonial, o jogador usa várias armas para combater alienígenas e predadores. A marinha usa armadura para proteção e usa um intensificador de imagem e sinalizadores para melhorar a visibilidade em áreas escuras. Ao jogar como o Predador, o jogador usa uma variedade de armas dos filmes Predador, como lâminas de pulso, um disco de arremesso e armas de energia montadas no ombro. O Predador é o mais durável dos personagens de três jogadores e pode sobreviver a quedas de alturas maiores do que o humano. O jogador pode usar um dispositivo de camuflagem para se tornar invisível e vários modos diferentes de visão para detectar inimigos, incluindo um modo de visão infravermelha e um modo sensível a sistemas elétricos. Como um Alienígena, o jogador pode explorar a maioria dos ambientes do jogo livremente, até mesmo escalando paredes e tetos. O Alienígena não tem armas, no entanto, usa suas garras, cauda e mandíbulas para atacar os inimigos. A tela é distorcida em um efeito de lente olho de peixe para refletir o campo de visão do Alien. O jogador também pode usar uma forma de ecolocalização em áreas escuras e pode detectar feromônios para discernir inimigos humanos ou Predadores. O Alien pode cair de qualquer altura sem ferimentos e é o mais rápido dos três personagens jogadores. Vários níveis de bônus permitem que cada personagem jogador tenha acesso a partes das missões dos outros personagens. Para permitir que os personagens fuzileiros navais e Predadores atravessem as áreas das missões Alienígenas, o jogador recebe uma mochila a jato para o fuzileiro e um gancho para o Predador.

As histórias dos três personagens jogadores são independentes umas das outras. Como um alienígena, o jogador deve defender a colmeia alienígena dos fuzileiros navais humanos, depois se esconder em uma nave espacial em evacuação e chegar ao navio dos fuzileiros navais, o Ferarco. Quando o sistema de autodestruição do Ferarco é ativado, o jogador deve chegar à nave de fuga, que o leva à Estação Gateway. Aqui, o jogador explora a estação e luta contra mais fuzileiros navais, chegando a uma nave que parte para a Terra. Antes de embarcar na nave, o jogador luta contra dois Predadores, após o que o Alien entra na nave terrestre. Ao jogar como o Fuzileiro Colonial, o jogador começa em uma estação de pesquisa em LV-426 construída para estudar a espaçonave abandonada onde a tripulação da Nostromo encontrou pela primeira vez os ovos alienígenas no filme Alien (1979). Os alienígenas atacam e o jogador deve abrir caminho através da instalação de pesquisa, da nave abandonada e de uma colônia adjacente. Em seguida, o jogador explora a estação de processamento da atmosfera e desliga suas válvulas de resfriamento para causar uma explosão que acabará com os Aliens. O personagem do jogador escapa em uma nave auxiliar e viaja para a Estação Odobenus em órbita acima do planetoide, onde eles lutam contra mais Aliens, Predadores, abraçadores de rosto e Aliens ciberneticamente aprimorados até chegar à nave espacial Tyrargo. A bordo da nave, o jogador luta contra mais inimigos, incluindo um alienígena/predador híbrido e alienígenas "pretorianos". O jogador então luta contra uma rainha Alienígena, derrotando-a ao expulsá-la pela câmara de vácuo. O enredo do personagem Predador visita três planetas diferentes, começando com o jogador caçando fuzileiros navais para recuperar uma nave Predadora capturada e seu ocupante de uma base militar humana. Aliens são acidentalmente liberados na base e o jogador descobre que os humanos criaram um híbrido Alien/Predador implantando o Predador capturado com um embrião Alien. O jogador derrota o híbrido, aciona o mecanismo de autodestruição da instalação e escapa na nave Predador. Em seguida, o jogador visita Fiorina "Fury" 161, o planeta prisão que é o cenário de Alien 3 (1992), onde mais alienígenas e fuzileiros navais são combatidos. Finalmente, o jogador visita um habitat alienígena controlado por marinheiros, lutando contra alienígenas cibernéticos, alienígenas "pretorianos" e, finalmente, a Rainha Alienígena.