In qualità di membro di un'unità speciale di polizia, spetta a te combattere contro misteriose creature aliene che hanno invaso il mondo. Nell'Arca, una città multiculturale del prossimo futuro, si verifica un disastro quando improvvisamente appaiono le porte di un'altra dimensione. Appaiono creature pericolose che attaccano la popolazione e infestano il territorio e le normali forze di polizia non sono in grado di affrontarle. Per difendersi da queste minacce, viene formata una nuova unità speciale chiamata Neuron. Scegli tra due personaggi giocabili, uno maschile e uno femminile, durante la tua avventura. Il personaggio che non sceglierai apparirà anche come tuo gemello minore e come membro di Neuron. Per difendersi dalle creature, l'umanità ha sviluppato un'arma speciale: la Legione. La Legione agisce come tuo partner e ti aiuta nelle tue indagini. Tuttavia, la Legione mostra le sue vere capacità solo in battaglia.

Collabora con la Legione e usa tutti gli stili di combattimento possibili per combattere i tuoi nemici. Potete attaccare lo stesso nemico contemporaneamente, colpire nemici diversi o mandare la Legione all'attacco mentre tu la sostieni con gli oggetti. Usa questo sistema di azione sinergico per combattere ed esplorare insieme.

Takahisa Taura, al suo debutto alla regia e noto per il suo lavoro di game designer in NieR:Automata, è responsabile dell'ideazione e della progettazione di Astral Chain. Hideki Kamiya, il creatore della serie Bayonetta, è responsabile della supervisione. Il design dei personaggi è opera dell'artista di manga Masakazu Katsura, il creatore di Zetman e Video Girl Ai.