Honkai: Star Rail mengikuti gaya permainan role-playing game Jepang klasik di mana pemain membangun jajaran karakter dan mengendalikan tim hingga empat orang dalam pertarungan berbasis giliran. Selain berbagai statistik yang memengaruhi kekuatan karakter, setiap karakter memiliki tipe pertarungan yang memengaruhi jenis kerusakan yang diberikan pada target, kelas karakter yang disebut sebagai Path yang mendefinisikan peran pertarungan mereka, dan serangkaian kemampuan unik yang disebut Traces yang digunakan dalam pertarungan. Setiap karakter dapat melengkapi senjata yang dikenal sebagai Light Cone, yang memiliki berbagai efek yang aktif jika Path dari karakter dan Light Cone cocok. Karakter juga dapat melengkapi berbagai Relic, mirip dengan Artefak di Genshin Impact .
Elemen dunia terbuka dan eksplorasi ruang bawah tanah hadir, dengan beberapa mekanik termasuk sistem gacha , yang dibawa (dengan sedikit perbedaan) dari Genshin Impact . Alih-alih menjelajahi satu peta besar, pemain menjelajahi area yang lebih kecil dan mandiri di setiap dunia, yang berisi peti harta karun, teka-teki, dan elemen lain yang dapat berinteraksi. Kedua game memiliki mekanik game gacha , di mana pemain menghabiskan mata uang dalam game yang dapat diperoleh dalam game atau dibeli dengan uang sungguhan melalui transaksi mikro untuk menerima karakter dan senjata baru. Fitur gameplay tambahan termasuk sistem pertempuran otomatis, opsi maju cepat selama pertempuran, dan dukungan penyimpanan silang antar platform.
Mata uang premium permainan ini, Stellar Jade, terutama digunakan untuk membeli Star Rail Pass untuk mendapatkan karakter dan Light Cone melalui mekanik yang disebut "warping", dan dapat diperoleh melalui perkembangan permainan, acara, dan pencapaian.