Call of Duty: Modern Warfare 3 je přímým pokračováním předchozího dílu kampaně Modern Warfare. Hra vypráví další část příběhu, ve kterém se americká armáda snaží vypořádat s ruskou invazí, která následovala po obvinění tajného amerického agenta z teroristického útoku na moskevské letiště. Jelikož ruská armáda zahájila invazi i do dalších částí světa, podíváme se tentokrát i do několika evropských zemí, včetně České republiky, Anglie nebo Německa, a také do Sierra Leone, Somálska nebo Spojených arabských emirátů. Vrací se staří známí – kapitán John „Soap“ MacTavish z Task Force 141, bývalý kapitán SAS John Price, ruský ultranacionalista Vladimir Makarov nebo seržant Wallcroft z prvního dílu Modern Warfare – a pochopitelně se ujmeme role několika nových postav, jako jsou členové Delta Force Derek „Frost“ Westbrook a Sandman, seržant britských SAS Marcus Burns nebo ruský federální agent Yuri.
V Call of Duty: Modern Warfare 3 najdeme nejenom klasické hraní jednoho hráče za více různých postav na odlišných místech světa, ale těšit se můžeme i na neodmyslitelnou podporu hry více hráčů, jakož i nový „Survival“ režim určený pro kooperaci dvou hráčů, při které se snaží co nejdéle ubránit nekonečné záplavě nepřátel. Po úspěšném uvedení v Modern Warfare 2 se vrací i oblíbené „Special Ops“, ve kterých dva hráči spolupracují při plnění nejrůznějších misí. V multiplayeru najdeme kromě jiného zbrusu nový systém odměn za zabití více nepřátel bez vlastního úmrtí v podobě tří různých „balíčků“, z nichž si můžeme vybrat ten, který se nám právě hodí nejvíc. Zcela předělán je i systém hodnocení a odměn a zbraně se vylepšují společně s postavou. V nabídce najdeme i nové herní režimy jako „Kill Confirmed“, kdy je pro potvrzení zabití nepřítele nutné sebrat jeho psí známku dřív, než se to podaří jeho spolubojovníkům, nebo „Team Defender“, kdy musíme co nejdéle udržet kontrolu nad vlajkou uprostřed mapy.
Multiplayerová část Modern Warfare 3 rovněž využívá novou službu nazvanou Call of Duty: Elite přinášející komplexní statistiky, integraci sociálních sítí, nový obsah ke stažení, pravidelné soutěže o virtuální i skutečné ceny a spoustu dalších věcí.