Gracz kieruje postaciami żołnierzy (Amerykanina i Rosjanina) biorących udział we wzmiankowanym konflikcie. Sama rozgrywka składa się z szeregu misji toczących się w różnych zakątkach globu (przykładowo Bliski Wschód czy Rosja).

Zabawa polega przede wszystkim na walce z przeciwnikami oraz utrzymaniu postaci przy życiu. W niektórych trybach istnieje możliwość wezwania wsparcia lotniczego (nalot bombowy lub atak śmigłowca) oraz wyboru klasy postaci. Do dyspozycji gracza oddano zestaw broni oraz system pozwalający na ich modyfikację!

Program zawiera realistyczny silnik fizyczny (na przykład fala uderzeniowa eksplozji może przewracać beczki czy drewniane skrzynie). Produkt wyposażono w dopracowaną grafikę oraz tryb rozgrywki wieloosobowej. Game of the Year Edition poza grą Call of Duty 4: Modern Warfare zawiera zestaw 4 dodatkowych map (dla rozgrywki wieloosobowej), nowe rodzaje broni oraz poprawioną grafikę.