Em 2400, a humanidade começou a terraformar Marte. Corporações gigantescas, patrocinadas pelo governo mundial da Terra, iniciaram projetos imensos para aumentar a temperatura, o nível de oxigênio e a cobertura do oceano até se tornar habitável. Em Terraforming Mars, você irá jogar como uma dessas mega corporações e trabalhar juntamente no processo de terraformar, mas irá competir por pontos de vitória que serão garantidos não somente por sua contribuição a terraformação, mas também por avançar a infraestrutura humana através do sistema solar, e outras coisas louváveis.

Os jogadores adquirem cartas de projetos únicos (entre duzentos projetos diferentes) comprando elas para suas mãos. Os projetos (cartas) podem representar qualquer coisa desde introduzir vida animal e vegetal, lançar asteroides na superfície, construir cidades, minerar as luas de Júpiter e estabelecer indústrias de gases de efeito estufa para aquecer a atmosfera. As cartas podem lhe dar bônus imediatos, assim como aumentar sua produção de diferentes recursos. Muitas cartas também tem requerimentos e se tornam “jogáveis” quando a temperatura, oxigênio, ou a cobertura do oceano aumentarem o suficiente. Comprar cartas tem um custo, portanto existem um equilíbrio entre comprar cartas (3 megacréditos por carta) e atualmente jogar elas (que pode lhe custar qualquer coisa entre 0 a 41 megacreditos, dependendo do projeto). Projetos básicos estão sempre disponíveis para complementar suas cartas.

Sua renda básica, assim como sua pontuação básica, é baseado no seu nível de terraformação (começando com 20), e aumentando toda vez que você aumentar um dos três parâmetros globais. Entretanto, sua renda é complementada com sua produção, e você também ganha pontos de vitória de muitas outras formas.

Cada jogador mantém o controle de sua produção e recursos em seus tabuleiros pessoais,e o jogo utiliza seis tipos de recursos: MegaCreditos, Aço, Titanium, Plantas, Energia, e Calor. No tabuleiro principal, você competirá pelos melhores lugares para seus tiles de cidade, tiles de oceano, e tiles de estufas. Você também competirá por diferentes metas e premiações valendo pontos de vitória. Cada rodada é chamada de geração (adivinhe porque) e consiste nas seguintes fases:
1) A ordem dos jogadores gira em sentido horário
2) Fase de pesquisa: todos os jogadores compram cartas de quatro baralhos próprios.
3) Fase de Ação: os jogadores, um de cada vez, realizam 1 a 2 ações entre as a seguir: jogar uma carta, reivindicar uma meta, financiar um prêmio, usar um projeto base, converter plantas em tiles de estufas (assim aumentando o oxigênio), converter calor em aumento de temperatura, e usar uma ação de uma carta em jogo. O turno continua ao redor da mesa até que um jogador passe.
4) Fase de Produção: os jogadores recolhem recursos de acordo com seus níveis de terraformação e parâmetros de produção.
Quando os três parâmetros globais (temperatura, oxigênio e oceano) tiverem todos alcançados suas metas, a terraformação está completa, e o jogo termina depois desta geração. Conte seu nível de terraformação e outros pontos de vitória para determinar qual corporação foi a vencedora.