Sonic Superstars se describe como “una versión de las clásicas aventuras de acción y plataformas en 2D de Sonic”. Durante la campaña del título, que se puede completar solo o en compañía de hasta tres amigos, los jugadores se pondrán en la piel de Sonic, Tails, Knuckles o Amy Rose para explorar las Northstar Islands y derrotar al Dr. Eggman, que se ha aliado con un viejo enemigo, Fang. Los orígenes de Fang se remontan a Sonic Triple Trouble, un juego lanzado 1994 para Game Gear donde esta comadreja antropomórfica tiene como objetivo robar las Chaos Emeralds por encargo del Dr. Eggman.
En Sonic Superstars las Chaos Emeralds vuelven y gracias a ellas los héroes tienen acceso a siete poderes como de la multiplicación, nadar por cascadas, cambiar de forma y más. En el apartado de enemigos, Sonic y compañía se enfrentarán a uno nuevo que responde al nombre de Trip, una chica misteriosa que se encuentra con Fang en las Northstar Islands. Trip es un personaje un poco torpe, pero va muy bien armada y ha sido contratada por Fang y el Dr. Eggman para que los proteja y los guíe por esta nueva tierra. Trip ha sido diseñada por Naoto Ohshima, creador de los primeros diseños de Sonic y el Doctor Eggman.
El modo multijugador de Sonic Superstars es local, admite un máximo de cuatro usuarios y los jugadores pueden unirse a la partida y salir de ella cuando quieran. El título también cuenta con un modo Batalla para hasta ocho jugadores en línea o cuatro en local. En el modo Batalla los participantes pueden llevar un Metal Fighter, personalizarlo a su gusto y competir para ganar tres rondas de fases elegidas al azar donde hay que hacer lo siguiente:
- Carrera: alcanza la meta antes que los demás.
- Electromanía: dispara balas para atacar a otros jugadores. Ganas puntos si dañas a un rival y los pierdes si sufres daño.
- Viaje estelar: reúne estrellas antes de que se acabe el tiempo. Pierdes una estrella si sufres daño.
- Supervivencia: esquiva cañonazos que vienen volando del fondo de la pantalla y aguanta en la fase hasta el final. Si un cañonazo golpea una plataforma o te quedas en un sitio mucho tiempo, la plataforma se vendrá abajo.
