Sonic the Hedgehog 2 é um jogo de plataforma de rolagem lateral e a sequência do Sonic the Hedgehog original. Os jogadores controlam Sonic enquanto ele atravessa níveis maiores e mais rápidos pela Ilha West Side, coletando anéis, derrotando inimigos robôs e perseguindo o Doutor Robotnik. O jogo apresenta o companheiro de Sonic, Miles "Tails" Prower, uma raposa de duas caudas que pode ser controlada por um segundo jogador. Ele também adiciona o movimento Spin Dash, um modo multiplayer competitivo de tela dividida e estágios especiais pseudo-3D nos quais os jogadores coletam anéis para ganhar Esmeraldas do Caos.

O Doutor Robotnik procura as Esmeraldas do Caos para alimentar sua estação espacial, o Ovo da Morte, e prendeu os habitantes animais da Ilha West Side dentro de robôs agressivos. Sonic the Hedgehog, acompanhado por seu novo companheiro Miles "Tails" Prower, embarca em uma jornada para coletar as Esmeraldas do Caos e parar Robotnik antes que seus planos se concretizem.