In Sonic Generations krijgt de blauwe egel te maken met mysterieuze nieuwe macht die tijdgaten creeërt. Hierdoor worden Sonic en zijn vrienden naar het verleden getrokken, waar ze Classic Sonic tegenkomen. Samen moeten de twee Sonics hun vrienden redden en het opnemen tegen de nieuwe vijand.

Spelers zullen zowel de klassieke tweedimensionale side-scrolling gameplay ervaren als de driedimensionale gameplay uit de nieuwe Sonic-games. De game bevat herkenbare levels gebaseerd op drie karakteristieke tijdperken uit twintig jaar gamegeschiedenis van Sonic the Hedgehog.

Daarbij zijn zowel Classic Sonic, de Sonic uit 1991, als Modern Sonic speelbaar. Deze verschillen niet alleen in uiterlijk, maar ook in de aanvallen waarover ze kunnen beschikken. Class Sonic heeft Spin Dash en Spin Attack en Modern Sonic kan gebruikmaken van Homing Attack en Sonic Boost.