Сюжетный режим игр серии Call of Duty представляет собой линейный шутер от первого лица, где игрок обычно выступает в роли бойца армии какой-либо страны или организации. Как правило в одной игре серии встречается несколько протагонистов, которые меняются по ходу повествования. События игр серии происходят в различных эпохах. Действие хронологически первой миссии в играх серии, начала Советской кампании Call of Duty 2 происходит в 1941 году, действие хронологически последней игры, Call of Duty: Infinite Warfare — в 2180 году. Также игры серии происходят в различных по времени промежутках. Наименьший интервал времени затрагивает сюжетная кампания Call of Duty: Infinite Warfare — 3 дня, наибольший — Call of Duty: Black Ops II с интервалом событий в 39 лет. В отличие от классического варианта выпуска продолжений (когда выпущенная позже игра продолжает или дополняет события предыдущих игр или полностью перезапускает франшизу), игры серии Call of Duty делятся на отдельные подсерии или независимые игры, события которых не являются каноничными друг к другу.
В играх серии представлен широкий выбор огнестрельного оружия: как реально существующих видов оружия (части, действие которых происходит в прошлом или недалеком будущем), так и фантастических. В миссиях сюжетных кампаний игроку дается 2 вида огнестрельного оружия (в подсерии Black Ops и Infinite Warfare перед началом миссии игрок может самостоятельно выбрать свое вооружение, а также модифицировать его), а также один или два вида гранат. Почти во всех играх серии представлена возможность взять оружие устранённых противников. Во всех играх серии, начиная с Call of Duty 2, используется система автоматической регенерации здоровья: для восполнения здоровья игроку достаточно отойти в укрытие. Также в играх серии распространены различные «заскриптованные» сцены для придания частям франшизы большей кинематографичности. Во время данных сцен игроку под управление может даваться различная техника или изменяться привычное для жанра управление.
Кроме общих для серии черт, в отдельных играх могут встречаться свои особенности.
Сюжетная кампания в играх серии может быть как однопользовательской, так и кооперативной. Во всех основных играх серии присутствуют уровни сложности. Call of Duty: Black Ops 4 стала первой игрой в основной серии, которая отказалась от традиционной однопользовательской кампании. Взамен его в игре присутствуют обучающие миссии с сюжетными кат-сценами.