Cuenta la leyenda que, hace mucho tiempo, los titanes Bionis y Mechonis luchaban de forma interminablemente y que, además de ellos, solo había un océano infinito. Ahora los titanes están inmóviles y sobre Bionis ha surgido la vida y la civilización. Los seres humanos están en guerra con los mekons, una especie de criaturas mecánicas que se dedican a devorarlos y que vienen de Mechonis. Solo un arma puede atravesar sus armaduras, Monado, la que se dice que fue el arma que Bionis usó en su lucha contra Mechonis, un arma que es incapaz dañar a los seres humanos. Dunban fue el portador de Monado en la última guerra, ya que era el único que podía controlarla, pero su uso continuado hizo que se le paralizara el brazo derecho.
Los mekons atacan la colonia 9, hogar de Shulk, un joven que se dedica a estudiar a la Monado. Como Dunban es incapaz de usar la Monado es Shulk quien debe blandir la espada, descubriendo no solo que puede controlar la espada sin que su cuerpo sufra, sino que la espada le hace ver visiones del futuro sobre los ataques enemigos, lo que le permite esquivarlos.
El ataque estaba liderado por un mekon con cara que misteriosamente es inmune a Monado. Cuando Fiora, amiga de la infancia de Shulk y hermana menor de Dunban, intenta protegerles a él y a su amigo Reyn, el mekon con cara la mata sin que Shulk pudiera hacer nada para evitarlo, a pesar que había tenido una visión al respecto. Eso hace que, después del ataque, Shulk y Reyn emprendan un viaje en busca del mekon con cara para vengar la muerte de Fiora. En su viaje Shulk irá aprendiendo a usar sus visiones para evitar peligros y cambiar el futuro mientras va descubriendo poderes desconocidos de Monado. Cierta visión guía a Shulk hacia cierto lugar en la cabeza de Bionis, donde, según la visión, está lo necesario para poder dañar con Monado al mekon con cara.
En este RPG controlarás a un solo personaje mientras otros dos son controlados por el juego. Para atacar a un enemigo primero deberás fijarlo y tu personaje irá atacándole de forma automática siempre que esté dentro del rango de su arma, debiendo acercar tú manualmente a tu personaje, ya que el personaje que controlas no se acercará por su cuenta al objetivo marcado para atacarle como en otros juegos de este estilo.
Cada personaje puede tener equipadas hasta ocho artes de todas las que irán aprendiendo al subir de nivel. Estas artes podrán ser ofensivas, de apoyo o curativas. Al usar un arte en combate tendrá que transcurrir un tiempo antes de poder usar esa misma arte. Además de estas ocho artes cada personaje tendrá un arte personal que podrá usar cuando se recargue su barra de arte personal del todo usando ataques automáticos. Shulk como arte personal podrá usar uno de los distintos poderes de Monado que se irán desbloqueando a medida que avance la historia. Las artes y los poderes de Monado se pueden mejorar gastando los puntos de arte que obtendrás derrotando enemigos, lo que hará no solo que las artes sean más poderosas, sino que reducirá su tiempo de recarga. Al principio solo se podrán mejorar hasta el nivel 4, pero podrás comprar tratados de cada arte para poderla subir de nivel más allá del 4.
Hay personajes especializados en atraer la atención de los enemigos, teniendo artes para hacerlo y estadísticas para soportar mejor los ataques y efectuar su rol de tanque. Esto es útil no solo para que los personajes más frágiles no reciban demasiados daños, sino porque otros personajes tendrán artes ofensivas que tendrán una bonificación si se ataca por un flanco o por la espalda al enemigo, cosa que no se puede hacer si el enemigo tiene centrada su atención en dicho personaje. Estas bonificaciones harán que el arte haga más daño o le produzca un efecto negativo al enemigo.
Algunas artes desprotegerán al enemigo durante un instante, lo que es requisito para que otras artes lo derriben. Mientras el enemigo permanezca derribado, ciertas artes podrán aturdirlo, lo que aumentará el tiempo que el enemigo permanece inmóvil. Las artes que desprotegen y las que derriban las suelen tener distintos personajes, así que tendrás que esperar que otro personaje derribe al enemigo que has desprotegido o esperar que desproteja al enemigo para derribarlo.
La barra de grupo se irá llenando conforme vayas consiguiendo las bonificaciones de las artes o ejecutes ataques críticos. Esta barra tiene tres secciones y podrás gastar una de ellas para revivir a un miembro de tu grupo caído en combate, ya que en este juego no hay ningún tipo de objeto consumible. Si llenas por completo la barra de grupo podrás gastar los tres segmentos en realizar un ataque en cadena, donde podrás realizar un arte que elijas de cada miembro de tu grupo de forma consecutiva. Algunos enemigos, que en condiciones normales son inmunes a la desprotección y al derribo, podrán ser derribados si, dentro de un ataque en cadena, usas un arte de desprotección y después una de derribo.
Cuando un enemigo vaya a realizar un ataque especialmente poderoso, Shulk tendrá una visión sobre éste y la cantidad de daño que produce. Podrás ver el tiempo que falta para que ejecute el ataque, tiempo en el que podrás tomar una contramedida. Shulk tiene el arte de Monado barrera, con el cual protegerá al grupo si el ataque es un arte personal enemiga. También podrás ordenarle a un miembro de tu grupo controlado por la inteligencia artificial que efectúe un arte a cambio de consumir una sección de tu barra de grupo.
Cada personaje tendrá su árbol de poder, un árbol de habilidad que le permitirá ir ganando habilidades pasivas, siendo una de ellas la posibilidad de llevar armadura media o pesada. Cada árbol tiene tres ramas y deberás seleccionar una para que la siguiente habilidad por aprender de esa rama reciba puntos de poder al derrotar enemigos. La habilidad será aprendida cuando reciba todos los puntos de poder.
Además de las habilidades de sus propios árboles, los personajes pueden equiparse con habilidades de los árboles de los demás. Cada personaje tendrán una serie de huecos para colocar las habilidades de cada otro personaje. La cantidad de huecos que tenga un personaje para equiparse con las habilidades de otro estará determinada por el nivel de afinidad de ambos personajes, que irá aumentando al combatir juntos. Cada hueco y habilidad tienen una forma que deberán coincidir para equiparlas. Para equipar una habilidad también será necesarias las afinimedallas, que se consiguen al subir de nivel o al derrotar por primera vez monstruos únicos, que son especialmente fuertes y están ubicados en puntos muy específicos del mundo.
Las distintas ubicaciones del juego están conformadas por zonas grandes y abiertas con un montón de áreas por explorar fuera de la historia principal. Cada vez que descubras una zona nueva recibirás puntos de experiencia, de artes y de poder, habiendo lugares muy escondidos que te costará encontrar. En ciertos puntos de las zonas podrás presenciar conversaciones entre dos de tus personajes si tienen el nivel de afinidad necesaria. Durante estas conversaciones aumentará su nivel de afinidad.
Este juego dispone de textos en castellano y voces en inglés y japonés.