Rozgrywka Ico to trójwymiarowa gra platformowa obserwowana z perspektywy trzeciej osoby. Gracz, kontrolując Ico, zwiedza zamek i próbuje wraz z Yordą z niego uciec. W każdej lokacji pozycja kamery jest z góry ustalona, lecz podąża ona za bohaterami w trakcie ich ruchu; ponadto gracz może przesuwać kamerę w różnych kierunkach, aby lepiej przyjrzeć się otoczeniu. Tytuł zawiera wiele elementów gier platformowych; Ico może m.in. skakać, wspinać się, pchać i ciągnąć przedmioty oraz wykonywać inne czynności w celu rozwiązywania zagadek i dotarcia do różnych części zamku. Rozgrywkę utrudnia fakt, iż te działania potrafi wykonać tylko Ico; dziewczyna może jedynie używać drabin, skakać na krótkie odległości i wspinać się na niskie przeszkody. Kierując chłopcem, gracz musi pomagać Yordzie pokonywać przeszkody, np. wciągając ją na wyższą półkę lub odpowiednio przekształcając środowisko gry, aby sama mogła przejść przez duże przepaście. Gracz może kazać Yordzie podążać za Ico lub stać w miejscu. Może też sprawić, że chłopiec weźmie ją za rękę, dzięki czemu oboje będą się szybko przemieszczać po okolicy. Gracz nie może zrobić postępu w rozgrywce, dopóki nie doprowadzi dziewczyny do odpowiednich drzwi, gdyż tylko ona potrafi je otworzyć.