PSP版の概要
ゲームにはニコニコ動画などでもおなじみの初音ミクの楽曲３２曲（リンとレンによるバージョン違いを含めると３６曲）が収められており、一般的な音ゲーと同じく曲に合わせて指定されたボタンを叩き、ハイスコアを出すことを目指すゲームである。
3Dで作り込まれた各楽曲の世界観にマッチしたステージでミクが歌い踊る様は必見。パンチラに目が行って譜面を叩き損なうのはお約束。セガ、やるじゃん！
1曲プレイし終わる毎に表示される得点の評価には「CHEAP（失敗扱い）」「STANDARD（理論値の約4割以上）」「GREAT（理論値の約6～7割以上）」及びフルコンボ時のみの「PERFECT」が存在し、後述のモジュールやルームアイテム、PVの出現に大きく関わっている。
また、プレイ中にミスが続くと画面左下のゲージが減少し、０になると「MISS TAKE（強制終了）」となる。この場合それまでの得点は記録に残るものの、（仮にGREAT規定点以上でも）クリア扱いにはならない。
攻略の上では各曲毎に設定されている「CHANCE TIME（以下CT）」の処理が問われる。
CT中はコンボを続ける事で100点、200点…5000点と100点ずつ増加するボーナス点を得られるが（50コンボ以降は5000点固定）、CT中にコンボが途切れるとボーナスはまた100点からの再開になる。
仮にCT中に50個の譜面が存在する場合、フルコンボならばボーナスは127500点、25コンボ繋げた時点でミスし、残り24個の譜面を繋げた場合なら62500点、最初か最後だけミスした場合の49コンボなら122500点となる。
CT中のボーナスが理論値に占める割合は非常に大きいため、CT中の譜面の真ん中付近に難所がある楽曲は大きく得点を伸ばしにくい（GREAT評価が取りにくい）と言える。また、真ん中付近に難所が存在してもCT中の譜面が非常に多いと、挽回が可能であるためミスをしても簡単にGREAT評価が取れる。
まとめると、CT中の譜面が少なく中盤に難所が存在する曲はGREAT評価が取りにくいと言えるだろう（代表的な曲はミラクルペイント）。
ゲームプレイ後の評価は隠し要素の出現に深く関わっており、難易度問わずSTANDARD以上で次曲解禁（ゲーム中は曲がおおよそ5曲毎にタグで分類されている）、GREAT評価でPV解禁、NORMALにてGREAT評価で難易度HARD出現となっている。
また、難易度問わず評価によって後述のミクルームにて使用可能なアイテムがランダムで手に入る。
さらに、モジュールと呼ばれるミクの着せ替えも曲毎の得点や評価、プレイ回数、連続コンボ数などによって解禁される。コンバートする（着せ替える）とちゃんと楽曲中のグラフィックも変わるので常に新鮮な気分でプレイしたい人には嬉しい仕様。ただし、モジュールの配色が流れてくるボタンの色とかぶると譜面が結構見辛くなるので注意。
着せ替えとはいうもののリン、レン、ルカ、メイコ、カイトなど明らかに別人である物や、弱音ハク、亞北ネルなどボーカロイド亜種にまでコンバート可能。ミク以外のボーカロイドにコンバートしても曲の中での動きは変わらないため、レンやカイトにコンバートすると……
ゲームそのもの以外にも、これまでに見た画像やムービーを再び閲覧できるビジュアルライブラリの鑑賞、ミクルームと呼ばれるミクが普段過ごしている部屋の観察が可能となっている。
ミクルームは先述のアイテムで部屋を飾りつけるもよし、ミクの普段の生活を眺めるもよし……自己満足だが異様なほど作り込まれているので見ていて意外と飽きない。セガの本気を見た気がする。ちなみに、ゲーム曲として採用されなかったルカやカイトの曲もBGMとして選択可能。
さらに、自分でPVや譜面を作る事さえ可能であり、本編攻略を終えた紳士達の多くはもう完全に自己満足の世界へと踏み出す。ゲーム中で使用されている曲は勿論、ミクルームでのBGMとしてのみ選択出来る曲が初期から使える上に、自分で楽曲をSDカードに入れておけば好きな曲に譜面やPVを入れる事が可能。なお、プレイヤーが作成した譜面にはCTが存在しない。
既にネット上には紳士達によって多くの楽曲のPVや譜面が公開されているので、興味がある人は検索してみる事をオススメする。自信があるならば、自分の作成したデータを公開してみるのもありだろう。
要するに、やろうと思えば永遠に遊び続けられる！お買い得だわ!!!
アーケード(AC)版の概要
『初音ミク』部分がタイトル部分から外れ、『Project DIVA Arcade♪』になっている。
(ただし タイトルの正式名称としては『初音ミク Project DIVA Arcade』)
ACに逆移植されるに当たり、いくつかの変更点がある：
- チャンスタイムが『チャレンジタイム』に名称変更され、ボーナスが1/10になった。その代わり、CT中はライフが減少しない。また、CT発生はNORMAL以下のみ。
- 『CHEAP』評価は『MISS×TAKE』に統合された。
- HARDの上位譜面『EXTREME』が新設された。
- PSP版の同時押しは『方向キー＋○×△□』だが、AC版は『○×△□のどれか複数』
- PSP版のホールドは『押し続けて離したタイミングまでで判定する』が、AC版は『押し続けるとボーナス』
- モジュールはゲーム内通貨(?)『VP』を支払って購入する。初心者でもVPを稼げばモジュールをコンプリートできる。
- 全ての楽曲(『孤独の果て』以外)にミクのダンスPVがついている。『孤独の果て』に至ってはニコニコのPVママである。超豪華。
- 楽曲はたまにニコニコ動画で人気のものが追加配信される。(頑張ればあなたの楽曲もプレイできる!?)
- 等々。
AC版だけあって画質はかなり綺麗であり、ミクの瞳孔までクッキリである。ACミクは目でｺﾛす。
また、ゲームセンターと言うかなり人目のつく場所であるにもかかわらず水着モジュールが使用できる。
店舗によってはスピーカーやディスプレイを外付けされている台(通称：晒し台)も存在するため、
PV鑑賞モード(VPを消費)を利用してジュークボックスとして使用することも可能(ただし1クレジットにつき1曲のみ)。