Un nuevo enfoque en la larga franquicia de Call of Duty con los desarrolladores originales detrás del volante, el capítulo 4 hace que el jugador asuma el papel de un miembro del escuadrón británico SAS en varias misiones en Europa, así como un Marine de EE. UU. en el medio. Oriente, luchando contra el terrorismo global ficticio que conduce a la personalidad.
Sin romper las tradiciones de su legado, Call of Duty 4 es un verdadero FPS de base militar, solo que esta vez tiene al jugador luchando en un entorno ficticio y en un mundo moderno, contra enemigos modernos y armas ídem. Hay varias misiones basadas en campañas que permiten al jugador asumir el papel de dos soldados diferentes, de dos tipos diferentes de disciplinas militares. Como es habitual, el modo multijugador también está disponible con diferentes modos de juego.
Las misiones en la campaña para un jugador dan varias tareas para llevar a cabo y llevan al jugador a través de muchos giros a medida que se desarrolla la trama. Hay disponible un gran arsenal de armas que ofrece diversas opciones para adaptarse a diferentes estilos de juego. Por primera vez, el juego no se ejecuta en un motor id Tech, sino en un motor 3D patentado basado en los estándares de id Tech, con física, iluminación dinámica, floración y profundidad de campo.