W fabule gry znaleziono miejsce dla trzech nowych (ApostleCorp, Ład, Omar) oraz dwóch znanych z Deus Ex organizacji (Templariusze, Illuminati). Wybór pracodawcy należy do gracza, jednak rozgrywka nie jest zbyt nieliniowa. Niektóre główne zadania wykluczają się nawzajem, niemniej większość z nich nie daje żadnego pola manewru. Sposób ich wykonania zależy od gracza. Podobnie jak w pierwszej części gry istnieje wiele stylów na przejście gry. Można potraktować grę jako skradankę i nikogo nie zabijać, niczym haker eliminować przeciwników za pomocą przejętych urządzeń bądź w typowy dla shoterów sposób zabijać wrogów za pomocą broni. Akcja gry dzieje się w Seattle, Kairze, Trewirze, Antarktydzie i Nowym Jorku.
Rozwój postaci Rozwój postaci opiera się o piętnaście biomodyfikacji – roboty stworzone na bazie nanotechnologii, które wzbogacają postać o nadludzkie możliwości takie jak np. widzenie w noktowizji, szybka regeneracja ran czy maskowanie termiczne. Każda z nich posiada trzy stopnie zaawansowania.