Sonic CD採用了和Sonic 1一樣的過關方式,玩家控制Sonic在橫版關卡中奔跑,在途中,玩家必須收集金環以防止Sonic受到敵人的傷害。金環也將作為遊戲的獎分道具以存在,每收集100個金環就可以獲得一條命。此外遊戲中還有一些一次性道具,例如盾牌,加速靴等。遊戲有七大區域(Zones),每個區域分為三幕(Acts),包括兩個正常關和一個BOSS戰。
此遊戲最大的特色在於時間穿梭系統。Sonic可以在關卡中找到一些書著“過去”或“未來”的標識,利用這些標識即可穿越到過去或未來。穿越將使整個關卡的背景、敵人和障礙物的分布發生巨大變化。未來是有好壞之分的,一般來說,穿越到未來會遇到更多的敵人和障礙。但是如果Sonic能回到過去,並摧毀關卡中的”機器人生成器“的話,再次回到未來,敵人就會完全消失,而遇到的阻礙也會大大減小,從而進入GOOD路線。如果在一個區域的兩幕內都能達成摧毀生成器的條件的話,在BOSS戰中,BOSS的能力就會大大削弱。此外,如果收集所有的時間石,遊戲也會自動進入GOOD路線。在穿越的過程中,玩家也可以通過遊戲內的一些場景來了解劇情的來龍去脈。在2011年移植版中,玩家還可以解鎖Tails作為可用人物。想要獲得時間石,玩家必須收集至少50個金環,尋找隱藏在關卡中的秘密區域(Secret Stages)。在秘密區域中,玩家必須在規定時間內擊落7艘漂浮在天上的飛碟,才能順利拿到一顆時間石。想要達成完美結局,玩家必須收集所有的七顆寶石,或者在每個關卡中都達成GOOD路線方可。遊戲關卡有一個規定的完成時間,為10分鐘,10分鐘內無法達成將自動損失一條命。此外如果玩家三分鐘沒有進行任何操作,Sonic會說出”I'm outta here“然後跳出螢幕,遊戲自動結束。Sonic回到過去看到Metal Sonic
Sonic CD分為美版和日版,其最大的不同就在於遊戲音樂。兩個版本使用了兩組完全不同的音樂,日版的音樂作曲者為幡谷尚史,其主題曲為宇德敬子所演唱的”Sonic - You Can Do Anything“以及”Cosmic Eternity - Believe in Yourself“。美版主題曲則為Spencer Nilsen所作,Pastiche演唱的的”Sonic Boom“,為了切合主題曲,過場動畫也被重新剪輯,另外所有的關卡背景音樂也被替換了。此後的所有再發售版本都會區分這兩者。不過美版遊戲的開發版本(稱為712)事實上包含了日版的遊戲音樂,也就是說,美版原本沒有打算替換這些音樂。動畫DVD封面
Sonic CD中由東映動畫公司製作的2D過場動畫。1996年,SEGA將當中Sonic與Metal Sonic對戰的部分改編為了OVA動畫,被稱為Sonic the Hedgehog:The Movie。動畫由Studio Pierrot製作,二宮常雄為人物原案。OVA於1996年5月31日發售,並且在1999年在北美發售。