O jogo segue BJ Blazkowicz, um espião americano durante a Segunda Guerra Mundial e seus esforços para destruir o regime nazista. Wolfenstein 3D é dividido em dois conjuntos de três episódios. Em "Escape", Blazkowicz foi capturado enquanto tentava encontrar os planos para a Operação Eisenfaust (Punho de Ferro) e preso no Castelo Wolfenstein, de onde deve escapar. "Operação: Eisenfaust" segue sua descoberta e frustração do plano nazista de criar um exército de mutantes mortos-vivos no Castelo Hollehammer, enquanto em "Morra, Führer, Morra!" ele se infiltra em um bunker sob o Reichstag, culminando em uma batalha com Adolf Hitler em um traje robótico equipado com quatro metralhadoras.
Wolfenstein 3D é um jogo de tiro em primeira pessoa apresentado com gráficos 3D rudimentares e uma continuação do jogo de infiltração de cima para baixo Castle Wolfenstein. O jogo é dividido em níveis, cada um dos quais é um plano dividido em áreas e salas por um padrão de grade de paredes e portas, todas de igual altura. Cada nível tem como tema bunkers e edifícios nazistas. Para terminar um nível, o jogador deve atravessar a área para chegar a um elevador. Os níveis são agrupados em episódios nomeados, com o nível final centrado numa luta de chefe com um inimigo particularmente difícil. Ao percorrer os níveis, o jogador deve lutar contra guardas e soldados nazistas, cães e outros inimigos enquanto gerencia suprimentos de munição e saúde.
Embora o nome tenha sido mantido o mesmo do lançamento original, este e os futuros lançamentos do jogo vieram com a campanha base e a campanha de expansão das Missões Noturnas juntas.