Дія Sonic Generations розгорнеться в трьох епохах серії Sonic the Hedgehog: Класичної, епохи Dreamcast і сучасної. Гравець має керувати одним із двох Соників: Класичним (англ. Classic Sonic, зовнішністю 1991-1998 років) або Сучасним (англ. Modern Sonic, дизайном, використовуваним після 1998 року). Крім зовнішнього вигляду, у кожного з Соників буде свій стиль геймплею, що відповідає його ігровій епохі. Гра Класичним Соном вмикатиме рівні з виглядом збоку та прийоми spin attack і spin dash. Ігровий процес за Сучасного схожтя з Sonic Colors і 2D/3D рівнями Sonic Unleashed, а персонаж використовуватиме прийоми sonic boost і homing attack.