Civilization IV to gra strategiczna, w której użytkownik kieruje rozwojem całej cywilizacji. Rozgrywka polega na przejęciu kontroli nad jedną z 18 dostępnych cywilizacji i przeprowadzeniu jej przez kolejne etapy rozwoju (począwszy od starożytności) aż do ery lotów kosmicznych. Gracz odpowiada za wiele aspektów działalności nacji, od budowania, miast, infrastruktury i wojska, przez kontrolowanie ruchów jednostek, zdobywanie nowych terytoriów czy podbijanie sąsiadów aż po zarządzanie kolejnością, w jakiej dokonywane mają być odkrycia naukowe. Całość uzupełnia 70 przerywników filmowych. W świecie gry frakcja gracza posiada szereg cech i możliwości, nad którymi użytkownik ma pełną kontrolę. Pierwszą z nich jest system polityczny, program nie określa jednoznacznie jaka jest forma rządów danego państwa, zamiast tego użytkownik dobiera konkretne prawa i rozporządzenia. Gracz może dzięki temu tworzyć dowolne rodzaje rządów (przykładowo państwo policyjne z wyborami demokratycznymi). Ponadto istotnym czynnikiem jest kultura, której poziom poprawia morale ludności i ogólny wizerunek danej cywilizacji. Ma to znaczenie w kontaktach z innymi nacjami, do utrzymywania których służy rozbudowana opcja dyplomacji, pozwalająca przykładowo na zamknięcie własnych granic czy podpisywanie rozmaitych umów handlowych. Innym ciekawym elementem rozgrywki jest religia. Każda cywilizacja może wynaleźć religię lub religie (łącznie dostępnych jest 7), by potem przekonywać do nich inne kraje. Prowadzi to do powstawania mniejszości religijnych, konfliktów na tle wyznaniowym oraz konkretnych zachowań ludności zależnych od stosunków panujących między ich religiami. Do programu dołączono edytor plansz. Gra oferuje ogromną ilość jednostek z najróżniejszych poziomów technicznych (przykładowo: legiony, rycerze, muszkieterzy, katapulty, czołgi, samoloty). Część z nich dostępna jest wyłącznie dla konkretnej nacji. Każdy naród posiada też specyficznych tylko dla siebie przywódców (2 na każdą nację), oferujących specjalne premie. Interfejs gry jest prosty i wyposażony w dużą liczbę podpowiedzi, co pozwala na zabawę nawet początkującym graczom. Grafika jest w pełni trójwymiarowa i umożliwia dowolne obracanie lub zbliżanie widoku. Program zawiera tryb rozgrywki wieloosobowej korzystający z Internetu lub poczty elektronicznej.