Lego Marvel Super Heroes 2 es un juego de acción y aventura que se juega desde una perspectiva en tercera persona. El juego presenta una jugabilidad similar a la de sus predecesores y otros videojuegos de Lego, que alternan entre varias secuencias de acción y aventura y escenarios de resolución de rompecabezas.
La capacidad de manipular el tiempo se permite a los jugadores directamente desde el nuevo mundo abierto de Chronopolis, que es una miríada de 17 ubicaciones diferentes de Marvel vinculados a través del tiempo y el espacio y rodeando la Ciudadela de Kang el Conquistador.
El juego también presenta un nuevo modo competitivo de combate de Superhéroes para cuatro jugadores, que permite a los jugadores pelear entre sí de forma cooperativa en los campos de batalla.