Theatrhythm Final Fantasy patří k rytmickým videohrám. Hráči převezmou kontrolu nad čtyřmi postavami z Final Fantasy a zvolí si některý z Final Fantasy titulů, od úplně první Final Fantasy, až po Final Fantasy XIII. Každá hra se skládá ze tří fází: terénní, bojové a dějové. Každá z těchto etap má odlišnou herní mechaniku; jakmile je fáze dokončena, dojde ke zvýšení úrovně postav. Obtížnost lze měnit tak, aby vyhovovala „začátečníkům, stejně jako i mistrům rytmu“. V průběhu hry mohou hráči odemykat hudební a filmové scény. Hraní vyžaduje, aby lidé v rytmu hrající hudby klepli na správný bod na obrazovce. Hlavní herní sekce, „Sériový mód“, nabízí 3 unikátní styly jednotlivých fází: Terénní (cestovní) hudbu (Field Music), Bojovou hudbu (Battle Music) a Dějovou (dramatickou) hudbu (Event Music), stejně jako i možnost zahrát si skrze úvodní a závěrečné motivy.

Terénní hudba představuje rytmickou hru, v níž se obrazovka pohybuje zprava doleva a hráč musí buďto klepnout na notu, sjet stylusem do určitého směru nebo přidržet stylus na obrazovce a sledovat vlnovku, která se mu zobrazí. Cílem je dosáhnout konce fáze, ještě než hudba dohraje, přičemž na konci čeká jiná postava, aby hráči věnovala určitý předmět. Úspěšné hraní má za důsledek, že postava zrychlí, zatímco chyba způsobí, že upadne. Pro zvýšení rychlosti je v každé úrovni nabízena možnost svézt se na chocobovi.

Bojová hudba představuje simulovanou bitvu, v níž má hráč správně klepat na noty, a tak způsobovat poškození nepřátelům na obrazovce. Cílem je v rámci vyměřeného času, kdy hraje hudba, zabít všechny protivníky a nakonec i postavu bosse. Noty se objevují zleva doprava. V tomto módu musí hráči klepnout na notu, přejet stylusem do určitého směru nebo přidržet stylus na obrazovce, pokud jde o dlouhý tón. Dobré načasování má za následek, že jsou útoky postav silnější, a může také aktivovat speciální schopnosti. Za každou bitvu je hráči povoleno uskutečnit jeden vyvolávací útok.

Scéna s Dějovou hudbou zahrnuje jednu nebo více scén z vybraného Final Fantasy titulu, která se přehraje na obrazovce na pozadí. Statistiky a schopnosti postav, mimo zdraví, nemají na tyto fáze žádný vliv