O jogo oferece uma jogabilidade dinâmica e rápida, onde os jogadores devem lutar em batalhas um contra um ou em times de três. Os jogadores podem alternar entre os personagens durante a luta para aproveitar as habilidades e ataques únicos de cada personagem.
Ultimate Marvel vs. Capcom 3 apresenta um total de 50 personagens jogáveis, incluindo personagens clássicos, como Ryu e Wolverine, e novos personagens, como Phoenix Wright e Rocket Raccoon. Cada personagem tem seu próprio conjunto de ataques, combos e habilidades especiais, permitindo que os jogadores criem estratégias únicas para derrotar seus oponentes.
O jogo oferece vários modos de jogo, incluindo o modo Arcade, onde os jogadores lutam contra uma série de oponentes controlados pelo computador, e o modo Versus, onde os jogadores podem lutar contra amigos ou outros jogadores online.