В течение игры под управлением игрока находится единственный, заранее заданный герой — ведьмак Геральт из Ривии, который путешествует по игровому миру, общается с неигровыми персонажами и выполняет различные задания, в частности, связанные с поиском сокровищ и охотой на чудовищ. В нескольких особо важных с точки зрения сюжета эпизодах игры под управление игрока попадает героиня Цири; в это время игроку недоступны многие элементы геймплея, доступные при игре за Геральта, но у Цири есть уникальные способности, такие как телепортация.

Геральту часто приходится вступать в бои с разнообразными противниками. Бои более масштабны, чем в предыдущих играх: Геральт может одновременно сражаться с пятью и более противниками. Механика боя в «Ведьмак 3: Дикая Охота» отличается от предыдущих игр серии и напоминает игры Dark Souls и Bloodborne: от игрока требуется уклоняться от атак противника или парировать удары, атаковать своевременно и точно. Шкала «выносливости» как самого Геральта, так и его противников играет важное значение в бою: действия в бою расходуют «выносливость», и опустошение шкалы делает Геральта неповоротливым и уязвимым, однако то же верно и для его врагов.

Геральт использует в боях два меча: стальной наносит больший урон людям, серебряный — чудовищам. Во многих боях необходимо знание слабостей противника: игроку предлагается внутриигровой справочник, сообщающий о том, к каким способностям или предметам враг уязвим. Дополнительным снаряжением Геральта являются разнообразные бомбы и арбалет — они позволяют атаковать врагов с расстояния, сражаться с летающими или подводными противниками. Игра включает в себя сложную систему «алхимии», позволяющей составлять разнообразные зелья из сорванных растений, частей тел чудовищ и других предметов. Эти зелья позволяют Геральту на время получить особые способности, увеличить его характеристики или урон против определённых типов врагов.

Помимо этого, игроку доступны пять магических «знаков»: «Аард» позволяет сбивать врагов с ног, «Аксий» — управлять разумом врагов, замедляя их или заставляя напасть друг на друга, «Игни» — поджигать огнём, «Квен» — защищать от ударов и «Ирден» — оставлять на земле ловушки, снижающие характеристики наступивших на них врагов. Эти знаки имеют применение и вне боя: так, «Аард» позволяет Геральту разбивать двери и завалы камней, мешающие проходу, а «Аксий» открывает дополнительные реплики в диалогах. Знаки можно развивать в течение игры, увеличивая их силу и открывая новые формы и возможности: например, по мере развития знака «Игни» Геральт получает возможность выбрасывать струю пламени, наносящую большой урон. Таланты Геральта — владение мечом и знаками, алхимию — можно улучшать по мере повышения уровня и нахождения особых мест силы. Как и в предыдущих играх серии, игрок может развить лишь часть доступных умений по своему выбору, специализируясь на тех или иных способностях.

В течение игры перед игроком ставятся различные задания. «Основные» задания позволяют игроку продвинуться дальше по сюжету игры; в необязательных побочных заданиях Геральт может помочь местным жителям. При выполнении так называемых «ведьмачьих контрактов» Геральт должен выслеживать и убивать особо сильных чудовищ; еще одним занятием является охота за сокровищами и чертежами ведьмачьего снаряжения. Игрок может получать задания различными способами, заговаривая с неигровыми персонажами, осматривая доски объявлений в деревнях или, например, обыскивая трупы. Выполнение заданий часто включает в себя детективные элементы: собирая информацию, игрок должен расспрашивать персонажей игры, находить улики и двигаться по следам. «Ведьмачье чутьё» представляет собой особый режим игры, в котором подсвечиваются предметы, представляющие для Геральта интерес, такие, как трупы и сундуки с ценными вещами, различные улики и следы.

Гвинт является встроенной в «Ведьмак 3: Дикая Охота» коллекционной карточной игрой, подобной Magic: The Gathering: игрок собирает в мире игры отдельные карты, добавляет их в свою колоду и использует её для дуэлей с различными противниками. Собственно поединки игроков организованы как сражение двух армий; у каждой из сторон — королевств Севера, Нильфгаарда, скоя’таэлей и чудовищ — есть свой стиль боя и свои карты. Игра в гвинт упоминалась в книге Сапковского «Крещение огнём», но напоминала там скорее бридж или преферанс. В 2017 году CD Projekt RED анонсировала отдельную онлайновую коллекционную карточную игру «Гвинт: Ведьмак. Карточная игра», основанную на мини-игре из «Ведьмак 3: Дикая Охота». Игра вошла в стадию публичного бета-тестирования 24 мая 2017 года.