In Call of Duty: Black Ops volg je de elite-eenheden genaamd Black Ops. De leden van deze geheime eenheid van het leger voeren in het geheim missies uit. Dit betekent dat er in deze Call of Duty ingegaan wordt op de onconventionele oorlogsvoering en niet op de traditionele manier van oorlog voeren.
Black Ops speelt zich af ten tijde van de Koude Oorlog. Verdeeld over diverse omgevingen ga je de strijd aan. Zo voert het avontuur je van de Vietnamese jungles naar de ijsvlaktes in het Oeralgebergte. Achter de vijandelijke linies moet je met beperkt wapentuig de missies tot een goed einde brengen in deze First-Person Shooter.
Naast het singleplayeravontuur bevat de game ook uitgebreide multiplayermodi, waarin spelers het online tegen anderen kunnen opnemen. Hierbij zorgt het Online Perks-systeem ervoor dat je speciale vaardigheden kunt kiezen die passen bij jouw speelstijl. Via de splitscreenoptie is het bovendien mogelijk om met twee mensen op één spelcomputer tegelijk online te spelen.
Tot slot heeft de game een zombiemodus, waarin één of twee spelers samen op een spelcomputer het op kunnen nemen tegen hordes aan zombies. Met een onlineverbinding is deze zombieslachting te speler met maximaal vier spelers tegelijk.