De speler, als Kid Chameleon, vordert door een reeks niveaus, met een reeks dodelijke vijanden en obstakels. De meeste niveaus bevatten een vlag, het primaire doel van elk niveau, van waaruit de speler doorgaat naar het volgende niveau. Een aantal teleporters door het spel kan de speler echter niet alleen naar verschillende plaatsen in hetzelfde niveau verdraaien, maar ook naar verschillende niveaus, en soms naar een heel ander pad door het spel. Aan het einde van het spel vecht Kid en verslaat de eindbaas, Heady Metal. Kid Chameleon bevat 103 levels, waarvan slechts ongeveer de helft zich op het "hoofdpad" bevindt (levels alleen met vlaggen doorkruisen), en telt ook 32 kleinere niet nader genoemde levels, simpelweg "Elsewhere" genoemd. Ondanks de aanzienlijke lengte van het spel, was er geen wachtwoordsysteem of andere methode om het spel op te slaan (hoewel heruitgaven in compilaties en de virtuele console hun eigen opslagfuncties bevatten). Er zijn verschillende bonussen die kunnen worden verdiend aan het einde van bepaalde niveaus (waarin de vlag wordt aangeraakt), waaronder het verslaan van een tijdslimiet, niet geraakt worden en geen prijzen verzamelen.

Terwijl Kid Chameleon door de levels van het spel beweegt, krijgt hij toegang tot maskers die hem in verschillende karakters veranderen. Elk personage heeft verschillende speciale vaardigheden en een wisselend aantal hitpoints. Het verzamelen van een masker dat de speler al draagt, zal zijn gezondheid herstellen. De enorme variatie in gameplay dankzij de verschillende personages maakt deel uit van wat Kid Chameleon zo'n verslavende stijl gaf; enkele niveaus herhaalden dezelfde structuur en ze hadden meestal specifieke strategieën en karakters om te verslaan. Naast de aanvallende vaardigheden van elke vorm, kan de Kid ook vijanden verslaan door erop te springen, hoewel hij hierdoor schade kan oplopen van sommige vijanden. Elk formulier kan ook gebruik maken van Diamond Powers waarvoor diamanten nodig zijn die in het spel zijn verzameld om te gebruiken, toegankelijk door op A + Start te drukken. Spelers verliezen een leven als Kid Chameleon al zijn hitpoints in menselijke vorm verliest, wordt verpletterd, in bodemloze putten of lava valt, de boormuur raakt die op bepaalde niveaus verschijnt, of als de tijd om is. Extra levens en vervolg zijn te vinden in het spel, waarbij extra levens worden toegekend voor elke 50.000 punten.