Halo 3 est un jeu de tir où les joueurs vivent principalement le gameplay d'une perspective à la première personne. Une grande partie du gameplay se déroule à pied, mais inclut également des segments axés sur le combat véhiculaire. L'équilibre des armes et des objets dans le jeu a été ajusté pour mieux adhérer au "Triangle d'Or de Halo" : ce sont les armes, les grenades et les attaques de mêlée, qui sont disponibles pour un joueur dans la plupart des situations. Les joueurs peuvent utiliser certaines armes à deux mains, renonçant à l'utilisation de grenades et d'attaques de mêlée au profit de la puissance de feu combinée de deux armes. De nombreuses armes disponibles dans les épisodes précédents de la série reviennent avec des modifications cosmétiques et de puissance mineures. Contrairement aux épisodes précédents, l'arme secondaire du joueur est visible sur son modèle de joueur, soit dans un étui, soit en bandoulière dans le dos du joueur. Halo 3 introduit des "armes de soutien", qui sont des armes lourdes à deux mains qui ralentissent le joueur, mais offrent en retour une puissance de feu considérablement accrue. En plus des armes, le jeu contient une nouvelle catégorie d'équipement appelée équipement ; ces objets ont divers effets, allant des écrans défensifs à la régénération de bouclier et aux fusées éclairantes. Un seul équipement peut être transporté à la fois. La composante véhiculaire du jeu a été élargie avec de nouveaux véhicules pilotables et des véhicules réservés à l'IA.