MARVEL Cosmic Invasion — сайд-скроллинговый beat 'em up, сосредоточенный на межзвездном конфликте. Игроку предстоит выбрать из 15 героев для противостояния Волне Аннигиляции — силе, угрожающей галактике под предводительством Аннигилуса. Повествование разворачивается во множестве локаций, начиная с Земли, например, в Нью-Йорке, и простираясь в космос, включая Негативную Зону. Фигуры вроде Новы, Человека-паука, Росомахи, Филы-Велл и Капитана Америки числятся среди доступных протагонистов, присоединившихся к усилиям против этой галактической опасности.

Геймплей MARVEL Cosmic Invasion использует механику смены команды, названную Cosmic Swap. Эта функция дает возможность подобрать двух героев перед началом уровня, позволяя мгновенно переключаться между ними во время действия. Способности персонажей спроектированы для взаимодействия, поощряя использование комбинированных приемов и подбор определенных пар для боевых ситуаций. Структура этой игры поддерживает как локальный, так и сетевой кооперативный мультиплеер, обеспечивая совместное противостояние оппонентам.

Конфликт обостряется, когда Волна Аннигиляции начинает свое наступление, ставя под угрозу существование во всем космосе. Геймеры ведут выбранную пару героев через разнообразные этапы, вступая в бой с волнами противников, связанных с Аннигилусом. Подборка персонажей представляет личностей из разных уголков вселенной Marvel, включая земных защитников и космических сущностей. Цель остается неизменной — отразить силы вторжения и остановить продвижение, возглавляемое Аннигилусом, через звездные системы.