Team Sonic Racing представляет собой аркадную гоночную игру на картах, выполненную в трёхмерной графике. Действие игры происходит на уровнях, называемых трассами. Игроку даётся под управление один из представленных персонажей вселенной Sonic the Hedgehog, каждый из которых ездит на своём собственном карте с уникальными характеристиками (например, турбо и ускорением).
Каждый персонаж относится к одному из трёх типов – скоростной (Speed), технологичный (Technique) и силовой (Power): персонажи скоростного типа обладают лучшей скоростью и способны вызывать защищающую от атак противников вспышку; персонажи технологичного типа обладают лучшей управляемостью и способны ездить по разным поверхностям без замедления; персонажи силового типа обладают лучшей выносливостью и способны разбивать различные препятствия на своём пути. Персонажи распределены на пять команд, по три участника соответственно скоростного, технологичного и силового типов в каждой – команда Соника (Соник, Тейлз, Наклз), команда Роуз (Эми, Чао и Биг), команда Вектора (Блейз, Сильвер и Вектор), команда Тьмы (Шэдоу, Руж и Омега) и команда Эггмана (Метал Соник, Эггман и Завок). На PlayStation 4, Xbox One и ПК в игре действует система трофеев и достижений.