Batman: Arkham thuộc thể loại phiêu lưu hành động trong thế giới mở kết hợp với hành động lén lút ở góc nhìn thứ ba. Series đã định nghĩa một cơ chế chiến đấu mới cho game hành động làm nên thành công vang dội được gọi là Freeflow, sau này rất nhiều games hành động nổi tiếng khác cũng áp dụng một phần hoặc toàn bộ cơ chế này. Freeflow cho phép Batman tấn công (attack) liên tục từ đối phương này sang đối phương khác một cách tự do để duy trì combo (cũng có thể kết hợp thêm với các món vũ khí), khi combo đạt đủ ngưỡng, Batman có thể tung ra những đòn chí mạng hạ gục kẻ thù hoặc gây choáng (stun) diện rộng. Một điều quan trọng khác là người chơi phải chú ý dấu hiệu cảnh báo khi đối phương tấn công để ra đòn phản công (counter, được tính vào combo) hoặc né tránh (evade), tránh việc bị mất chuỗi combo. Đối mặt với một số loại kẻ thù đặc biệt như boss, lính mặc áo giáp dày, cầm bảng đỡ, cầm baton điện hoặc cầm dao thì Batman cần sử dụng những tổ hợp phím bấm đặc biệt để tấn công cũng như né đòn và phản công. Khi phải đối mặt với nhóm kẻ thù có súng thì Batman sẽ khó có cơ hội tiếp cận chúng trực tiếp do lượng sát thương gây ra bởi súng rất lớn. Batman cần phải ẩn nấp và chờ thời cơ thuận tiện để hạ gục từng tên một, cơ chế Detective Vision đóng vai trò quan trọng trong chiến thuật này. Detective Vision giúp Batman quét chi tiết toàn bộ không gian xung quanh, từ đó xác định được bước đi tiếp theo một cách hợp lý.

Ở ngoài thế giới mở, Batman có thể bay lượn tự do nhờ áo choàng đặc biệt và sử dụng súng móc sắt (grapnel gun) móc vào rìa tường hoặc cột đèn.[44] Ngoài ra, trên người Batman còn có các dụng cụ hữu ích khác giúp anh chiến đấu và hoàn thành nhiệm vụ. Mỗi lần hoàn thành nhiệm vụ hoặc chiến thắng trong các trận chiến, Batman được cộng thêm điểm kinh nghiệm và tăng level, mỗi lần tăng level Batman có thể học thêm các kỹ năng chiến đấu mới hoặc nâng cấp vũ khí. Song song với nhiệm vụ chính dẫn theo cốt truyện, người chơi còn có thể làm thêm các nhiệm vụ phụ để tích lũy thêm điểm kinh nghiệm. Nhiệm vụ phụ rất đa dạng như điều tra các vụ án hay ngăn chặn các tội ác của các băng đảng lưu manh khắp thành phố cũng như tội ác của những tên tội phạm khác.