Astro Invader é um shoot 'em up de tela fixa. O jogador move sua base de laser na parte inferior da tela e tem que abater os alienígenas que aparecem acima. O que diferencia o Astro Invader de outros shoot 'em ups iniciais é que os alienígenas, depois de serem retirados de sua nave-mãe, se posicionam em colunas. Quando uma coluna está cheia, o alienígena mais baixo cai e o suicida mergulha em direção ao jogador. Quando atingem o chão, eles explodem e o jogador deve se certificar de que eles não estão dentro do raio de explosão. Além dos alienígenas padrão, também há OVNIs que aparecem no meio e nas laterais da tela. Estes devem ser derrubados, pois matarão o jogador ao pousar, não importa onde o jogador esteja posicionado. O jogo termina quando todas as três vidas são perdidas.