Dr. Doom ha unido a los supervillanos como los Maestros del Mal. Ahora, por primera vez, más de 20 superhéroes de Marvel, incluidos Spider-Man, Capitán América, Wolverine, Ghost Rider, Blade y Silver Surfer, se han unido para detener a Doom. Mezcla y combina tu elección de superhéroes de Marvel, en equipos de cuatro mientras viajas por el Universo Marvel para detener esta amenaza. Ciertos equipos, como The Fantastic Four y The New Avengers, brindan bonificaciones adicionales.
Algunos héroes deben desbloquearse primero. El juego también presenta elementos de RPG, como subir de nivel. Cuando un héroe sube de nivel, gana puntos que puedes usar para mejorar sus habilidades. También recoges Shield Coins, que se pueden gastar en potenciadores para tu equipo de héroes.
Explora varios lugares legendarios de Marvel, desde Asgard hasta la Atlántida del príncipe Namor, donde se enfrenta a los enemigos con puñetazos, patadas y superpoderes. Sin embargo, los superpoderes consumen energía, así que úsalos sabiamente. Los combos se pueden lograr combinando superpoderes. La energía se restaura al recolectar orbes azules de los enemigos caídos.
Las batallas contra jefes son como los propios cómics: batallas titánicas que a menudo no solo ponen a prueba tu fuerza sino también tu cerebro. Con más de 20 héroes jugables más todos los cameos, hay más de 100 héroes y villanos.
Los modos de juego cuentan con un solo jugador, cooperativo o juego en línea. En general, la jugabilidad de Marvel Ultimate Alliance puede considerarse una versión mejorada de X-Men: Legends de 2004.. Las diferentes versiones son bastante idénticas. El lanzamiento de PSP tiene tres modos de juego más, mientras que Wii, PS3 y Xbox 360 tienen niveles adicionales.