Barbie en las 12 Princesas Bailarinas se basa en la película animada de 2006 directa a video del mismo nombre y la historia se basa libremente en el cuento de hadas Las Doce Princesas Bailarinas . Barbie interpreta a Genevieve, una de las doce princesas que viven con su padre, el rey Randolph, en un castillo. Viven una vida frívola, por lo que Randolph trae a su prima, la duquesa Rowena, para que las críe como princesas. Sin embargo, ella hace que sus vidas sean miserables y envenena al rey, por lo que huyen a un mundo mágico que cobra vida a través de una historia de su madre. Rowena los atrapa allí, junto con el amigo de Genevieve, Derek, y necesitan usar una copa para recolectar agua mística que pueda curar a su padre.
El jugador controla a Genevieve en un entorno 3D completo, pero con una pequeña cantidad de libertad y, a veces, con breves ramificaciones. Se puede mover en cualquier dirección y puede saltar mientras gira, para completar secciones de la plataforma o para evitar el agua que mata al instante. El juego utiliza muchas plataformas móviles, ascensores, huecos y plataformas que desaparecen cuando se para en ellas demasiado tiempo. No hay sistema de salud y tiene una cantidad ilimitada de vidas, reapareciendo de inmediato en el último punto. En el camino puede recolectar gemas. A veces conoce animales que puede acariciar. Hay muchas secciones con minijuegos cortos que se activan al caminar hacia monedas grandes que giran. En uno de ellos se controla a un gato en un juego de Breakout, hacer rebotar una manzana para que caigan las hojas de un árbol o usar una burbuja de agua. En otro, Genevieve necesita arrojar bayas a los pájaros en un nido con un obstáculo en movimiento que bloquea el camino. Otra sección ofrece un rompecabezas que debe completarse para abrir una puerta. Entre las secciones del juego hay muchas escenas animadas.
Después de la sección inicial, se ingresa a un centro que conduce a cuatro mundos diferentes donde se pueden encontrar las once princesas. Eventualmente son llevados de regreso al centro central asignándoles la gema correcta. Los niveles centrales contienen más minijuegos junto a la exploración principal. Necesita guiar una burbuja de agua para recolectar notas musicales, diseñar una coreografía de baile y un espectáculo de fuente de agua, seguir instrucciones de baile similares a Dance Dance Revolutionjuegos, use una honda para obtener flores en los nenúfares y cree un arcoíris moviendo una nube para recolectar colores mientras evita las nubes oscuras. Hay un juego de rompecabezas de bloques que caen en el que los colores del arcoíris deben juntarse haciendo coincidir gemas de un color idéntico en un grupo de tres, horizontal o verticalmente, mientras aparecen nubes oscuras y eliminan bloques. Muchos minijuegos a menudo se repiten varias veces para las diferentes princesas.