BioShock é um jogo de tiro em primeira pessoa, com personalizações como em RPGs e elementos de stealth, similar a System Shock 2. O jogador desempenha o papel de Jack, que prossegue o seu caminho por Rapture, usando armas e plasmídeos (alterações genéticas), para conseguir completar objectivos. Por vezes, o jogador pode utilizar tácticas de stealth para evitar ser detectado por câmeras de segurança e por metralhadoras automáticas.12 Enquanto explora Rapture, o jogador adquire dinheiro, que pode ser usado em máquinas de venda para comprar munições, saúde/energia, entre outros equipamentos adicionais.13 Também é possível encontrar fragmentos ou peças, que podem ser usadas nas máquinas "U-Invent" para criar novas armas e itens úteis. As câmaras, as metralhadoras, os cofres, fechaduras e as máquinas de venda, podem ser infiltradas nos seus sistemas para criar vantagens ao jogador, como atacar os seus inimigos, revelar o seu conteúdo, permitir entrar em áreas antes bloqueadas, ou permitir ao jogador comprar itens com desconto.14 Para se infiltrar nos sistemas, o jogador tem de completar um mini-jogo de tempo limitado, similar a Pipe Mania.15 Cedo durante o jogo é dado ao jogador uma "câmara de pesquisa", que permite a Jack tirar fotografias dos inimigos e com isso analisá-los. Quanto melhor a qualidade delas mais benefícios ela trará. Depois de fazer várias observações sobre um inimigo, o jogador recebe a capacidade de criar mais dano, genes tónicos, e outro bónus ao enfrentar esse tipo de inimigo em confrontos futuros.16 As "Vita-Chambers", câmaras envidraçadas, são encontradas pelo jogo, mas não podem ser usar diretamente. Em vez disso, se Jack morrer, o seu corpo é reconstituído na mais próxima, mantendo todos os seus bens, mas apenas uma parte de toda a sua saúde. Numa atualização feita ao jogo, o jogador tem a opção de desativar as "Vita-Chambers", assim se Jack morrer, o jogador terá de reiniciar a partir de um jogo previamente salvo.