Là một game bắn súng góc nhìn thứ nhất, Duke Nukem 3D có lối chơi tương tự như Doom. Gameplay của Duke Nukem 3D chủ yếu là di chuyển thông qua các màn chơi dưới góc nhìn của nhân vật chính và bắn tất cả mọi kẻ thù trên đường đi. Kho vũ khí của Duke khá đa dạng bao gồm từ tấn công cận chiến (Mighty Foot) cho tới các loại súng như pistol, shotgun, triple-barrelled chain gun, rocket-propelled grenade launcher, pipe bombs, freeze and shrink rays, laser land mines, rapid fire "Devastator" rocket launcher...Một vũ khí mới sẽ được thêm vào trong bản Duke Nukem 3D: 20th Anniversary World Tour gọi là Incinerator. Ngoài các loại vũ khí, Duke còn có một số "đồ chơi" để hỗ trợ như Portable Medkit, Steroids, Night Vision Goggles, Holoduke, Protective Boots, Scuba Gear, Jetpack. Những món đồ này có tác dụng hỗ trợ như hồi máu, nhìn trong bóng tối, thở dưới nước, bay...
