SegaSonic the Hedgehog é um jogo de plataforma isométrico com três personagens que compartilham os mesmos controles e habilidades. Os personagens são controlados por um botão de ação, que permite ao jogador executar um salto giratório, e por uma trackball, usada para movimentá-los. Cada trackball e seu respectivo botão de ação têm uma cor: os azuis são para Sonic, os vermelhos para Mighty e os amarelos para Ray.
O objetivo do jogo é chegar ao fim de um percurso isométrico sem morrer. Esse objetivo é semelhante ao de outros jogos da série Sonic the Hedgehog. No entanto, o jogo também é diferente, pois, em vez de seguir o formato típico de um jogo de plataforma, gira inteiramente em torno de correr o mais rápido possível por um percurso linear, escapando de uma sequência interminável de ameaças, incluindo pedregulhos gigantes, fluxos de lava, engrenagens desgovernadas, estalactites que caem e outras armadilhas. Quando o jogador é atingido por um obstáculo ou perigo, perde saúde no medidor de saúde, que pode ser reabastecida ao coletar os Anéis espalhados pela arena. Ao concluir cada fase, o jogo contabiliza quantos Anéis foram coletados. O jogador também recebe pontos extras se encontrar mais da metade dos Anéis da fase.
O jogo tem apenas alguns inimigos e um chefe, que aparece na metade da aventura. No fim da fase final, o jogador tem vinte segundos para escapar da torre em autodestruição. Se não conseguir, recebe um Game Over instantâneo.
