Angel Beats! lấy bối cảnh ở thế giới bên kia,[1] nơi được tạo ra để người chết học cách gạt bỏ vương vấn ở cuộc đời cũ để có thể siêu thoát và đầu thai. Họ có thể sống như người bình thường, chịu tổn thương vật lý đến mức có thể chết thêm lần nữa nhưng sau đó vẫn hồi sinh mà không có vết thương nào trên người. Những vật thể không có mặt từ đầu ở thế giới này có thể được tạo ra từ hư vô tùy vào sự hiểu biết về cấu trúc vật thể của người sáng tạo lúc họ còn sống. Vì lẽ đó mà vũ khí ở thế giới này rất da dạng từ đơn giản như vũ khí cận chiến cho đến phức tạp như súng cầm tay và chất nổ. Ngoài ra, chương trình máy tính của thế giới này có thể sử dụng để tạo ra thực tế hỗn hợp, chẳng hạn như sức mạnh siêu nhiên của Kanade thông qua chương trình Angel Player.[2]

Nhân vật mà người chơi nhập vai là Otonashi Yuzuru.[2] Lối chơi của visual novel phần lớn là đọc lời dẫn chuyện của Yuzuru và đối thoại giữa các nhân vật. Văn bản trong trò chơi được đi kèm với sprite nhân vật, đại diện cho người mà Otonashi nói chuyện trên nền cảnh. Xuyên suốt visual novel, người chơi sẽ bắt gặp tranh vẽ CG tại một số thời điểm nhất định trong câu chuyện, thay cho cảnh nền và sprite nhân vật. Cốt truyện của Angel Beats! là phân nhánh với nhiều kết thúc khác nhau, tùy vào lựa chọn của người chơi trong quá trình chơi mà cốt truyện sẽ đi theo một hướng cụ thể.[2]

Trò chơi có 3 mạch truyện cho nhân vật Yui, Iwasawa Masami và Matsushita Godan.[3] Trong suốt quá trình chơi, người chơi có nhiều lựa chọn và tiến trình văn bản sẽ tạm dừng tại những điểm này cho đến khi người chơi đưa ra lựa chọn. Để nắm được toàn bộ mạch truyện, người chơi sẽ phải chơi lại trò chơi nhiều lần và chọn các lựa chọn khác nhau để đi đến những mạch truyện đó.[2] Tính năng bản đồ được đưa vào game cho phép người chơi tương tác với nhân vật theo bất kỳ yêu cầu nào họ chọn. Trò chơi còn có hệ thống thành tựu với số lượng là 200.[4]