Il gameplay di Sonic Unleashed si concentra su due modalità di platforming: livelli dal ritmo serrato che si svolgono di giorno, dove viene messa in mostra la velocità caratteristica di Sonic, come nei titoli precedenti della serie, e livelli notturni più lenti, durante i quali emerge la forma Werehog di Sonic e il gameplay passa a uno stile di gioco d'azione, in stile brawler, in cui Sonic affronta nemici Gaia.