Cave Story 3D on sivulta kuvattu toimintaseikkailupeli, jota on inspiroinut fanien suosima alkuperäinen 2D -versio. Täysin kolmiulotteiseen maailmaan sijoittuva Cave Story 3D ottaa oman potentiaalinsa osoittaneen kaksiulotteisen toimintaseikkailumallin ja tuo sen stereoscoopian ihmeelliseen aikakauteen. Heräät luolassa eikä sinulla ole aavistustakaan, että kuka olet ja mistä tulet. Tiedät kuitenkin, että sinun on autettava söpöä jänismäistä eläinrotua pistämään vintti pimeäksi eräältä kärttyisältä ja vanhalta tohtorilta.
Edetessäsi pelin läpi tulet selvittämään Mimigaworld -maailman ja oman alkuperäsi. Kuten kriitikoiden ylistämä alkuperäinen pikselimestariteoskin, Cave Story 3D koostuu nopeatempoisista ammuskelukohtauksista, joissa painotetaan vahvasti tasohyppelyä, tutkimista, kevyitä puzzle -elementtejä ja syvällistä tarinaa.
