Alien 3 is een side-scrolling run en gun waarin de speler Ellen Ripley bestuurt, de hoofdpersoon van de film, die door de gevangeniskolonie Fiorina 161 reist die in de film te zien was. De speler kan springen, schieten, ladders beklimmen, door tunnels kruipen, deuren openen en liften gebruiken. In tegenstelling tot de film heeft Ripley een groot arsenaal aan wapens die kunnen worden gebruikt tegen de vijanden van het spel, bestaande uit Aliens en Facehuggers. Wapens zijn onder meer pulsgeweren, vlammenwerpers en granaten. Een motion tracker waarschuwt de speler voor nabije vijanden. Niveaudoelen worden gekozen uit computerterminals, die zich in het spel bevinden en ook blauwdrukken van de gevangenislay-out bieden. Doelstellingen zijn onder meer het afsluiten van deuren om te voorkomen dat buitenaardse wezens binnenkomen, en het redden van gevangenen. Op elk niveau is een tijdslimiet van toepassing en de speler verliest een leven als het niveau niet is voltooid voordat de tijd is verstreken. Het spel eindigt met een gevecht tussen Ripley en de Alien Queen.

De SNES-versie bevat zes fasen en een wachtwoordfunctie , die ontbreekt in de Game Boy-versie. De Sega Genesis-versie bevat 15 fasen. De Genesis- en SNES-versies verschillen in ontwerp en graphics, en de Genesis-versie bevat grotere Alien-personagemodellen. De Amiga-versie, die 14 niveaus heeft, biedt een gameplay die iets langzamer beweegt dan de Genesis-versie, maar verder vrijwel identiek is. De Commodore 64-versie heeft 15 niveaus, en is een bijna identieke poort van de Amiga-versie, maar met iets andere niveau-indelingen. De Game Gear-versie is identiek aan de andere versies van het spel. De Master System-versie gebruikt dezelfde levellay-outs als de Genesis-versie, maar bevat een optie voor twee spelers. De Game Boy-versie wordt, in tegenstelling tot andere versies van het spel, gespeeld vanuit een overheadperspectief.