Сюжет игры разворачивается спустя несколько лет после событий Call of Duty 4: Modern Warfare и продолжает историю капитана Прайса и сержанта Уокера. Игроки берут на себя роль сержанта Саймона “Гоуста” Райли и сражаются с различными врагами, такими как террористическая организация Аль-Катала и русский ультранационалист Владимир Макаров.
Геймплей в Modern Warfare 3 похож на предыдущие игры серии, но с некоторыми новыми функциями. Игроки могут использовать различные виды оружия, включая пистолеты, автоматы, снайперские винтовки и гранаты. Также в игре присутствуют элементы стелса, позволяющие игрокам незаметно уничтожать врагов.
Графика в игре значительно улучшилась по сравнению с предыдущими играми серии. Разработчики использовали движок IW 5.0, который позволил создать более детализированные уровни и реалистичные модели персонажей.