El juego permite que el jugador sea Astro Boy, utilizando su arsenal de armas, mientras que la lucha contra ejércitos de robots. El juego cuenta con los niveles establecidos en el suelo, en el que Astro combate mientras se avanza por caminar, y también en el aire, lo que incluye, principalmente, Astro disparando a los enemigos en el aire hacia abajo con su dedo láser, que recuerda a un juego de Omega Factor en un formato de plataformas 2D. Coleccionables incluyen trajes diferentes y también potenciadores que se encuentran en lugares de difícil acceso o áreas ocultas. Mientras se ataca, junto a sus ataques normales, un jugador puede desear activar un "ataque especial", siempre que tengan suficiente energía para hacerlo. Un medidor limita la cantidad de ataques especiales que un jugador puede utilizar, siendo Arm Cannon, Butt ametralladoras y también Absorber (que permite al jugador para recargar una cierta porción de su salud).

Cuenta con tanto un único modo para un jugador, así como un modo multijugador, con el segundo jugador siendo otro Astro en un traje alternativo. Durante el modo historia, si un jugador pierde una vida, mientras que el otro todavía está jugando él o ella, después de un cierto período de tiempo, ser capaz de volver a entrar en el juego con la salud completa. Sin embargo, si ambos jugadores pierden vidas que al mismo tiempo, el juego se pierde. Un modo independiente permite tanto a los jugadores luchar en el ring Juegos de robot, y el jugador con la mayor cantidad de puntos al final gana.

El juego ofrece numerosos elementos desbloqueables y coleccionables que incluyen obras de arte exclusivas, diferentes versiones de Astro Boy y más, ya que los jugadores viven el solo de historia o de lado a lado con un amigo en el modo cooperativo de 2 jugadores de Wii y el sistema PlayStation 2.