Project Gotham Racing 4 ist ein Arcade-Rennspiel mit dreidimensionaler Grafik. Das Gameplay ähnelt dem in früheren Teilen der Serie und beinhaltet die Teilnahme an Rennwettbewerben, die auf speziellen Strecken in echten Städten auf der ganzen Welt stattfinden. Project Gotham Racing 4 verfügt über 9 Standorte, von denen jeder eine bestimmte Anzahl von Strecken enthält: Quebec, Las Vegas, London, Macau, New York, Nürburgring, St. Petersburg, Tokio und Shanghai. Die wichtigsten Neuerungen im Vergleich zu früheren Teilen der Serie waren das Vorhandensein unterschiedlicher Wetterbedingungen (einschließlich Niederschlag und Jahreszeiten) und Motorräder als Fahrzeuge zusätzlich zu Autos.