Gli alieni sono atterrati in una Los Angeles futuristica e tocca al Duca infliggere il dolore e mostrare loro la porta. Dopo l'esordio dei giochi platform a scorrimento laterale, Duke Nukem 3D introduce una prospettiva in prima persona nella serie e trasforma il gioco in uno sparatutto a tutti gli effetti con grafica 2,5D. L'arsenale di Duke include pistole, bombe a tubo, mine laser tripla, mitragliatrici Nordenfelt, una mitragliatrice a catena e vari lanciatori di razzi, ma anche il suo potente piede per calciare i nemici. Il gioco presenta un elevato livello di interattività. Molti oggetti dell'ambiente possono essere rotti o con cui è possibile interagire, come tavoli da biliardo, macchine arcade, vetro, interruttori della luce e telecamere di sicurezza. Il protagonista è anche in grado di dare alle spogliarelliste un dollaro per far togliere loro il top.