Действия в игре разворачиваются в 1962-1963 годах в Соединённых Штатах Америки. Протагонист игры – агент ЦРУ Уильям Картер, который, будучи переведён в службу XCOM, расследует признаки вторжения пришельцев на Землю. Элерий – топливо для инопланетных кораблей и оружия. Поиск, изучение инопланетных технологий и сбор элерия станут необходимы, чтобы противостоять инопланетянам.
Первоначально в версии игры 2012 года, по словам разработчиков, для эффективной борьбы против врага, игрок должен будет изучать его и изобретать различные методы борьбы против него. Главные враги, Чужие, являются гуманоидным видом «живой технологии». В большинстве случаев игрок будет действовать совместно со своими напарниками, при этом есть возможность перейти в тактический режим для отдачи приказов своим союзникам. Предварительный скриншот из игры, на котором изображён момент борьбы агентов ФБР (в их числе и главный герой) против врага. В игре есть режим тактического обзора, при входе в который игровое время замедляется, чтобы отдать приказы двум агентам, путешествующим с протагонистом. Работа с агентами – ключевая особенность игры. Классы агентов можно настраивать, подбирая способности, полезные в миссиях. Сами миссии можно выбирать из различных вариантов, то есть XCOM включает ролевые элементы. В распоряжении Картера есть радио и радар, позволяющие отслеживать активность инопланетян.