De wereld van Sonic zinkt weg in Chaos wanneer een onbekende energie tijdsbarsten creëert, waardoor Sonic en zijn vrienden terug in het verleden worden gestuurd. Daar ontmoet hij Sonic Klassiek, zijn dubbelganger zoals hij verscheen in 1991.
Moderne Sonic en Klassieke Sonic vormen dan een verbond om deze vreemde nieuwe vijand te verslaan en hun vrienden te redden, terwijl ze zoeken wie er achter dit duivelse plan schuilgaat.
Door drie tijdperken heen, die twintig jaar geschiedenis van Sonic in videospelvorm navertellen, biedt Sonic Generations? direct herkenbare spelniveaus, opnieuw bewerkt in Hoge Resolutie, die elk zowel in klassieke versie - dus zij-aanzicht in twee dimensies - als in 3D gespeeld kunnen worden, zoals in de laatste avonturen van Sonic.
Elke verschijning van Sonic in Sonic Generations? beschikt over de kenmerkende speciale bewegingen die zijn reputatie hebben opgebouwd, zoals de Spin Dash en de Spin Attack voor Klassieke Sonic en de Homing Attack en Sonic Boost voor Moderne Sonic.
Een vernieuwend interactief menussysteem zorgt voor volledige onderdompeling in het universum van Sonic, waarbij naarmate het spel vordert nieuwe personages en verborgen schatten worden onthuld.
