Astro Fighters 2 — это сложный скролл-шутер, в котором игрокам предстоит выживать в условиях непрекращающегося обстрела инопланетных боеприпасов. Умелое маневрирование вблизи летящих снарядов приносит игрокам бонусы, которые заполняют специальную шкалу энергии. Эти очки можно использовать для активации мощных бомб или замедления времени, что помогает пройти особенно трудные участки уровней. В игре доступно три различных космических корабля, каждый из которых имеет уникальную стрельбу. Игроки могут воспользоваться пятнадцатью различными модификациями атак, размещая их в двух доступных слотах. Поменять оборудование можно мгновенно во время боя. В конце каждого этапа игроки столкнутся с гигантскими боссами.
Сюжет игры разворачивается через десять лет после успешного отражения первой волны инопланетного вторжения. Вражеские силы снова активизировались с целью уничтожения человечества и выкачивания его ресурсов. Главному герою, ветерану войны, предстоит вернуться к активной борьбе за выживание цивилизации. Успех в миссиях Astro Fighters 2 зависит от сбора разбросанных медалей, которые можно использовать для создания мощных пробивающих снарядов. Сложность сражений возрастает, что требует от игроков изучения паттернов поведения врагов и применения стратегий.
В игре предусмотрены различные режимы сражений, включая четыре уровня сложности, которые увеличивают скорость вражеских атак. Глобальный рейтинг позволяет игрокам сохранять свои достижения для соревнований с другими пилотами. Бесконечный марафон, где игроки могут столкнуться с процедурно генерируемыми уровнями, не имея конечной точки.