Black Mesa là trò chơi bắn súng góc nhìn thứ nhất (FPS) yêu cầu người chơi thực hiện các nhiệm vụ chiến đấu và giải các câu đố khác nhau để vượt qua các màn. Từ quan điểm thiết kế, lối chơi cốt lõi hầu như không thay đổi so với phần game Half-Life nguyên bản từ những năm trước, người chơi có thể mang theo một số vũ khí mà họ tìm thấy trong suốt tiến trình chơi, mặc dù họ cũng phải xác định vị trí và theo số dõi đạn dược cho hầu hết các loại vũ khí. Nhân vật của người chơi được bảo vệ bởi một bộ đồ theo dõi tên là HEV có chức năng theo dõi máu (health) và có thể được sạc như một lá chắn, hấp thụ một lượng sát thương hạn chế. Các vật phẩm như bình máu và pin có thể được tìm thấy rải rác trong trò chơi, cũng như các trạm có thể hồi lại đầy máu hoặc bộ sạc.

Tuy nhiên, không giống như Half-Life: Source vốn chỉ làm nổi bật nội dung và hình học của trò chơi gốc được chuyển sang Source, Black Mesa đã được xây dựng có mục đích ngay từ đầu để có thể tận dụng tối đa các phiên bản mới nhất của Source, không chỉ cho đồ họa chất lượng hơn, nhưng đối với vô số cập nhật của nó đối với công cụ của trò chơi, độ phức tạp của các màn chơi cộng với platforming được tăng lên. Sự khéo léo của các kẻ thù cũng đã được cải thiện trong Half-life để cung cấp nhiều thử thách hơn, với một số không gian chiến đấu được xác định lại để cung cấp nhiều sự lựa chọn hơn cho người chơi.[1] [2] Ngoài ra, một số thay đổi về tường thuật và thiết kế đã được thực hiện để giải thích cho nhiều chủ đề câu chuyện được trình bày qua retcon trong Half-Life 2. Trong khi hầu hết thiết kế chung và tiến trình qua các cấp độ trò chơi vẫn giống như Half-Life. Thay đổi lớn nhất trong Black Mesa là việc làm lại chương cuối cùng của trò chơi - Chapter 15: Xen được coi là phần kém (dở) nhất của trò chơi gốc.[1]

Black Mesa cũng bao gồm hỗ trợ cho các chế độ nhiều người chơi Deathmatch cá nhân và đồng đội từ Half-Life trên các bản cập nhật khác.[3]