A idéia por trás de Sonic & SEGA All-Stars Racing é bastante simples. Você vai assumir o papel de um dos vários ícones do universo de Sonic e da SEGA para se digladiar em corridas tipicamente Mario Kart, com “power-ups” manobras e um enorme número de pistas improváveis. Entretanto, um diferencial considerável se faz presente: várias manobras aéreas são possíveis, dependendo do veículo/personagem utilizado.

Entre os personagens disponíveis aparecem o roliço Dr. Robotnik , Tails, AiAi, Amigo, Amy Rouse, Shadow the Hedgehog, Big the Cat e, é claro, Sonic the Hedgehog. Cada qual vem a bordo do seu próprio veículo personalizado, que pode ser tanto um carro (Sonic), um avião (Tails) quando uma... banana motorizada (AiAi). Já as pistas disponíveis são baseadas em jogos emblemáticos da SEGA, como Sonic The Hedgehog e Billy Hatcher.

A estrutura das corridas é tremendamente semelhante à de Mario Kart: escolha um personagem, corra, ultrapasse e utilize várias armas aleatórias que são conquistadas em caixotes espalhados pelas pistas — que podem trazer desde um “boost” de velocidade até um míssil, um escudo ou outra forma de “trapaça legalizada”. O título ainda deve trazer um modo multiplayer com tela dividida para até quatro jogadores, ou via online para até oito.