『スーパーマリオギャラクシー』シリーズのようにステージが360度視点だったり球体やチューブ状になっているのが特徴。
他シリーズよりもステージ攻略における進行ルートの自由度が高く、『ソニックカラーズ』や『ソニックジェネレーションズ』の要素も引き継がれているが、全体的には『ソニック4』を3D化したようなゲームになっており、かつて発売中止になったゲーム『SONIC X-Treme』のリメイクではないかと海外ユーザーの意見があったが、公式に否定されている。

他シリーズと比べるとソニックの移動速度が遅めに設定され、シリーズ初心者でも遊びやすいように工夫がされており、これは「最近のソニックは速すぎて難しい」という、国内外の一部ユーザーから意見が寄せられたため。
それでもメガドライブ時代に匹敵するほど難しい難易度と言われているが、ラジコンを使う事で有利にステージを進められるので、一緒に遊ぶ人がいれば協力してみよう。

3DS版ではソニックファンにはおなじみのディンプスが担当し、昨今のシリーズのような爽快感や、ハードモードといったやりこみ要素も多く、スピンダッシュで颯爽にステージを駆け抜けたい、徹底的にやりこみたい場合は3DS版も遊んでみよう。
なおラジコン縛りをすると、通常ステージでもさらに高難易度に化けるので、腕に自信があるならやってみてほしい。

コラボステージ

独特のステージやメガドライブ時代に原点回帰したような世界観に注目が集まる本作ではあるが、WiiU版ではコラボにも力を入れており、同じくセガの『NiGHTS』の他、任天堂ハードによる展開なだけあって、『ヨッシーアイランド』シリーズと『ゼルダの伝説』シリーズの世界観を取り込んだステージが収録されている。

これらの追加ステージは全て無料であるが、3DS版では未収録、PC版では版権上任天堂とのコラボゾーンは収録されていないので注意（しかし3DS版ハードモードの背景はナイトメアを彷彿させる感じになっている）。

ナイトメア

『NiGHTS』とコラボしたステージで、ナイトメアン達と六鬼衆が手を組んで戦う、いわゆるボスラッシュ的な内容になっており、あらかじめやっておくと本編のボス攻略が少しだけ楽になるかもしれない。
HDグラフィックで描かれたNiGHTSの世界観を楽しめる内容になっており、主人公のナイツやリアンも少しだけ登場している。
アップデート後は1UPを稼ぎやすくなった。

ヨッシーアイランドZone

タイトルこそ『ヨッシーアイランド』となっているが、世界観は『ヨッシーストーリー』になっている2Dステージ。タマゴをゴールへ持ち帰るとヨッシーが登場し、大量に持っていけばいくほど1UPが稼げるゾーンになっている。
でっていうボイスももちろん健在。ゾーン選択画面で手を振っているのがかわいい。

ゼルダの伝説Zone

前半はハイラル平原、後半はドドンゴの洞窟を切り抜ける3Dステージで、しかもハイラル城（デザインは『トワイライトプリンセス』のもの）やロフトバード、リンクのモデリングは任天堂側から快く素材提供され、SEやBGMは『時のオカリナ』や『神々のトライフォース』、紹介用一枚絵も『スカイウォードソード』のイラストレーターが描き上げたという太っ腹仕様。

なおこのゾーンだけライフ制になり、ソニックもリンクのような衣装を着ているという、遊び心と愛に溢れた内容になっており、ルピーを集める事で大量の小動物を稼ぐ事が可能。
宝箱もあるので、ソニックでごまだれポーズをすることもできる。

カラーパワー

本作でもパワーアップ要素であるウィスプによるカラーパワーが登場し、さらに新しいウィスプも追加された。WiiU版はゲームパッドのジャイロ操作強制など、一部カラーパワー操作に難があったものの、アップデートでスティック操作に対応してある程度改善された。

『カラーズ』とは違いゾーン攻略に必須のため、カラーパワーを駆使しながらゾーンを進んでいくが、「前作でウィスプ達とお別れしたのに、どうして今作でまた登場しているのか？」の理由については、ウィスプの項目を参照のこと。

ストーリー

エッグマンが小動物達を拐って戦闘メカのエネルギー源に利用しようとしている所を、ソニックとテイルスはトルネード号で追跡、空中戦を繰り広げていた。しかし、エッグマンの不意打ちを受けてトルネード号が操縦不能となってしまうが、テイルスの必死の持ち直しにより、未知の大陸「ロストヘックス」へと不時着。
さらにそこへエッグマン率いる六鬼衆という新たな敵も現れ、ソニック達は彼らにも立ち向かう事になる。

登場キャラクター

ソニックと仲間達

ソニック・ザ・ヘッジホッグ

「エッグマン！動物達を返せ！」
CV:金丸淳一

ご存じ世界最速のハリネズミ。

テイルス

「頼られたかったんだよ……」
CV:広橋涼

ソニックの相棒である子ギツネ。

エミー・ローズ
「ソニックとテイルスに任せておけば心配いらないんだから！」
CV:川田妙子

ソニックのことが大好きな女の子。
今回はサポート役に徹しているので出番は少ない。

ナックルズ・ザ・エキドゥナ

「こら、頭の上に乗っちゃダメだ」
CV:神奈延年

生真面目な性格のハリモグラ。
こちらもサポート役に徹しているので出番は少ないが、小動物に懐かれている。

エッグマン組

Dr.エッグマン

「オーボット！キューボット！ひとまず退散じゃ！」
CV:大塚周夫

幻の大陸でも悪事を働く、自称悪の天才科学者。
特殊なホラ貝で六鬼衆達を脅し従えていたが、ソニックに蹴り飛ばされて紛失した事で六鬼衆の反乱を許してしまい、自身の拠点を乗っ取られてしまう。この為、ストーリー終盤までソニック達と行動を共にするという、奇妙な展開が発生する事となった。
「多少の犠牲は仕方ない」とソニックから冷酷だと称されたが、真の企みがあった事を差し引いても、ソニックやテイルスを助けたり、星のエネルギーを吸いすぎないように気を遣うなど、非情になりきれていない。

オーボット
「テイルスの代わりはすぐに見つかるさ……」
CV:岩田光央

『カラーズ』から引き続き出演した赤色の球体型ロボット。
本作でも主人の人使いの荒さに不満を抱いており、ソニックとテイルスの仲の良さを羨ましがっている。またソニックに対しても、キューボットと同じくタメ口で話すシーンが見られる。
さらに海外版ではその際、エッグマンを呼び捨てにしている。

キューボット
「わーい、直してくれてありがとー」
CV:高木渉

オーボットと同じく引き続き出演している黄色の立方体型ロボット。
前作では声設定を何度も変更させられた為に口調が安定しなかったが、今作では語尾に「〜ッス」と付ける口調となっており、エッグマンに対する態度も幾らかまともになっている。それでも一度力士になったが。
中盤では六鬼衆の攻撃に巻き込まれて頭部だけの姿となる上、更にそのままオーボットとくっ付けられてしまう。