Rozgrywka Batman: Arkham Shadow jest przygodową grą akcji przedstawianą w perspektywie pierwszoosobowej. Podczas rozgrywki gracz kieruje Batmanem, który stara się ochronić Gotham City przed zagrożeniem nadciągającym ze strony Króla Szczurów. Większa część gry dzieje się w pilnie strzeżonym więzieniu Blackgate, gdzie Batman operuje pod przykrywką. Do swej dyspozycji Batman ma gadżety charakterystyczne dla serii, np. pelerynę, pozwalającą na dalekie skoki z dużej wysokości, wybuchowy żel, używany do wysadzania słabych ścian czy linę z hakiem, dzięki której gracz może się dostać do normalnie niedostępnych miejsc. Część z tych gadżetów jest dostępna natychmiastowo po rozpoczęciu gry, natomiast resztę gracz zyskuje podczas przechodzenia kolejnych elementów fabuły.
System walki w Arkham Shadow nie odbiega zbytnio od tego przedstawionego w poprzednich grach z serii. Po zaatakowaniu przeciwnika po raz pierwszy rozpoczyna się sekwencja ataków, która musi zostać wykonana, aby ten został znokautowany. Sekwencja może się składać m.in. z ciosów wyprowadzonych w punkty zaznaczone na ciele wroga, szybkiej serii ataków w określone miejsce czy też złamania wyznaczonej kończyny. Niektórych przeciwników przed atakiem należy odpowiednio ogłuszyć.