Metro 2033 est un jeu de tir à la première personne mêlant des éléments de survival horror, inspiré du roman russe éponyme de Dmitry Glukhovsky. La majeure partie du jeu se déroule sous terre, mais à plusieurs reprises, Artyom devra s'aventurer à l'extérieur, dans l'hiver nucléaire perpétuel. La progression du jeu est assez linéaire, même si les zones peuvent être explorées plus en profondeur à la recherche d'objets et de munitions. Les séquences clés comprennent quelques passages sur rails, des missions consistant à défendre un lieu contre une vague de monstres, et bien d'autres encore. Quelques niveaux peuvent être terminés en mode furtif.