The Matrix Online se déroule dans un monde persistant permettant à des millions de joueurs d'entrer simultanément dans la matrice, il propose des graphismes en 3D et des combats d'arts martiaux en temps réel. Son scénario commence là où le troisième opus de la trilogie Matrix, Matrix Revolutions, s'arrête.

Le système de combat du jeu permet au joueur de réaliser des manœuvres d'arts martiaux et des attaques sournoises à l'aide de plusieurs d'armes différentes. Ces manoeuvres sont mises en scène grâce à certains effets spéciaux propres à l'univers de Matrix, qui sont générés en fonction des mouvements et de la tactique du joueur.

L'univers de The Matrix Online propose au joueur une ville détaillée, avec sa circulation, ses animations de quartiers et ses gratte-ciels, pour un jeu qui se veut le plus immersif possible au cœur de la MegaCity (grâce à la technologie Rich World).

Le jeu possède aussi d'autres caractéristiques comme un système de missions conçu pour offrir des re-jouables à l'infini ainsi qu'un système de compétences et de caractéristiques personnalisable permettant de télécharger compétences et capacités chaque fois qu'on se connecte au jeu.

Des intrigues imaginées par Les Wachowski, les créatrices de Matrix, prolongent l'histoire là où la trilogie de films s'arrête et permettent d'en apprendre davantage sur le monde de la Matrice.