Российский ультранационалист по имени Имран Захаев мечтает захватить власть в России и присоединить к ней новые территории. Захаев знает, что США никогда не позволит этому случиться, поэтому он финансирует переворот на Ближнем Востоке, организованный его союзником Халедом аль-Асадом, чтобы отвлечь внимание мира от России. Пока на Ближнем Востоке идёт война, Захаев начинает гражданскую войну в России с целью захвата власти. Тем не менее, разведка США и Великобритании раскрывают планы Захаева и посылают свои войска в оба региона. Начало игры проходит в городке Креденхилл в Великобритании, где бойцы отряда капитана Прайса, к которому присоединился новичок, а именно Джон «Соуп» МакТавиш, готовятся к десантной операции.

История рассказывается от лица оперативников спецслужбы Великобритании SAS сержанта «Соупа» МакТавиша и капитана (в двух миссиях — лейтенанта) Прайса, безымянного оператора бомбардировщика AC-130 Spectre и неизвестного бойца ОТГ-141 (в эпилоге), американского морского пехотинца сержанта Пола Джексона и президента неназванного ближневосточного государства (судя по карте, показываемой при загрузке, это Саудовская Аравия) Ясира аль-Фулани.

Соуп МакТавиш в составе отряда SAS капитана Прайса проникает на корабль террористов в Беринговом Проливе. Отряд штурмом захватывает корабль. В трюме, одном из контейнеров обнаруживается ящик с неизвестным содержимым и документы на арабском языке. Однако узнать что в ящике не удается так как корабль атакуют два истребителя, предположительно русских. Корабль начинает тонуть и отряд едва успевает покинуть его на вертолёте SAS. Далее Халед аль-Асад захватывает власть на Ближнем Востоке и убивает президента аль-Фулани в прямом эфире центрального канала. Отряд капитана Прайса отправляется в Западную Россию вызволять из плена информатора британских спецслужб под кодовым именем Николай, работающего двойным агентом среди русских ультранационалистов. При помощи отряда русского спецназа под командованием сержанта Комарова, они берут штурмом лагерь террористов и спасают Николая, затем эвакуируются на вертолёте SAS.

Вертолёту так и не удается покинуть территорию, находящуюся под контролем повстанцев, его сбивают повстанческие системы ПВО. Выжившим после крушения (в том числе Николаю, Гасу, Соупу и Прайсу) удается связаться с базой, и затем приходится пробираться через территорию врага к месту эвакуации. Через некоторое время посланный западными войсками АС-130 начинает сопровождать героев и помогать им, уничтожая вражеские войска. В конце концов им удается добраться до места эвакуации и благополучно покинуть территорию врага. Тем временем США начинает масштабное вторжение на Ближний Восток с целью свержения режима аль-Асада. Корпус американской морской пехоты ведет стремительное продвижение по региону. В этих боях участвует со своим отрядом морпехов сержант Пол Джексон. В конце концов, армия США атакует столицу неназванного государства в регионе, однако, по-видимому, это Саудовская Аравия. В городе идут масштабные бои. Но проникнувшие во дворец морпехи обнаруживают там ядерное оружие. Объявляется угроза взрыва, и американские войска начинают стремительно покидать город. Однако, вертолёт AH-1 Cobra, сопровождающий транспортный вертолёт с отрядом Джексона на борту, сбивают, и отряд, понимая что может не успеть покинуть город до взрыва, предпринимает отчаянную попытку спасти уцелевшего пилота вертолёта (второй пилот погибает при падении). Им удается, сев поблизости, пробиться к месту крушения и спасти пилота (его выносит на себе Джексон). Затем, в полном составе, отряд вновь садится в вертолёт и тот начинает стремительно покидать зону боевых действий. Происходит ядерный взрыв, и наряду с другими американскими войсками, не успевшими вовремя покинуть город, их накрывает взрывной волной. Отряд Джексона полностью погибает. Самому Джексону удаётся выжить после крушения, но, выбравшись из останков вертолёта, он умирает от полученных ран и, возможно, из-за радиации, а столица оказывается практически полностью уничтоженной ядерным взрывом. Тем не менее, война выиграна и режим аль-Асада свергнут.

Отряд капитана Прайса отправляется в Азербайджан и берёт штурмом, при поддержке русского вертолёта Ми-28, деревню, где предположительно скрывается аль-Асад. Им удается уничтожить всех террористов и захватить аль-Асада. Прайс допрашивает аль-Асада. Вдруг у аль-Асада звонит сотовый и Прайс, взяв трубку, узнает по голосу звонившего. Это Захаев. После чего Прайс убивает аль-Асада выстрелом в голову. Затем действие переносится назад на 15 лет. Оперативники SAS лейтенант Прайс и капитан МакМиллан проникают в Припять, минуя патрули террористов, и занимают позицию на верхнем этаже в гостинице «Полесье» («Полiccя»). Террористы при поддержке продажных чиновников планируют попытаться вывести из ЧАЭС топливные стержни для создания ядерного оружия. Задача же бойцов SAS убить лидера террористов, Имрана Захаева, который будет участвовать во встречи террористов напротив гостиницы на следующий день. В решающий момент Прайс стреляет по Захаеву, однако ему не удается его убить — выстрелом он отстреливает Захаеву руку. Выдав себя, бойцам SAS приходится бежать, террористы же атакуют их и следуют за ними по пятам. В конце концов героев подбирает вертолёт SAS и им удается покинуть Припять. Затем действие возвращается снова в настоящее. Отряд Прайса держит позицию в деревне, где укрывался Халед аль-Асад, их атакуют превосходящие силы ультранационалистов. Но вовремя подоспевший американский вертолёт забирает их и отряду удается спастись. Далее американские и британские войска участвуют в боях в России и помогают русской армии бороться с ультранационалистами, они решают поймать сына Имрана Захаева — Виктора, чтобы тот вывел их на отца. Отряд Прайса устраивает засаду Виктору Захаеву — руководителю ультранационалистов на юге России. Однако, когда его конвой атакует SAS, Виктор пытается скрыться. Бойцы SAS преследуют его одновременно подавляя атаки боевиков. Под конец, он попадает в тупик на крыше дома и его настигает отряд Прайса. Однако, чтобы не попасть в плен, Виктор застреливает себя, предварительно произнеся фразу: «Вы все всё равно скоро сдохнете»…

После гибели своего сына, Захаев предъявляет ультиматум Западу. Если западные войска немедленно не покинут территорию России, Захаев ударит по США ядерным оружием. Американские войска и SAS выясняют, что Имран Захаев находится на базе на Алтае, там же хранятся и ядерные боеголовки, которыми угрожает лидер Сепаратистов. Они решают отправиться на Алтай и захватить эту базу, взяв под контроль ядерные ракеты. Во время приземления на Алтае парашют американского солдата штаб-сержанта Григгса уносит в сторону от отряда и его берут в плен боевики. Прайс с отрядом освобождают его и продвигаются к базе, уничтожая все патрули на своем пути. Но, когда отряды Прайса и Григгса уже практически проникли на базу, ультранационалисты запускают ядерные ракеты в сторону США. Времени пока они долетят до Америки совсем мало, к тому же траектория ракет проходит севернее Европы, вдали от систем ПРО, и, в любом случае, сбить их все нет возможности. Бойцы SAS и американские солдаты атакуют базу ультранационалистов. Им удается проникнуть в центр управления и ввести коды, уничтожающие ракеты ещё в воздухе. Однако, жаждущий отомстить Захаев бросает все оставшиеся силы на героев. Отряды Прайса и Григгса захватывают грузовики и пытаются уйти от преследовавшего их многочисленного отряда ультранационалистов и добраться до точки эвакуации. Но мост, по которому должны были проехать грузовики, взрывает вертолет, и пересечь его возможности уже нет. Отряды Прайса и Григгса оказываются в ловушке. Под огнем сепаратистов гибнут почти все члены отрядов, в том числе и Григгс. Соупу и капитану Прайсу удаётся уцелеть, но они серьёзно ранены. Появляется сам Захаев, в сопровождении двух террористов, идет по мосту и добивает Гаса и остальных бойцов SAS. Внезапно подлетают вертолёты российской армии и отвлекают внимание Захаева и его людей. Они открывают по вертолету огонь. В этот момент Прайс лежащий поодаль от МакТавиша, кидает напарнику пистолет, и тот убивает Захаева и его охранников. После чего подоспевают силы русской армии, которые спасают Соупа и перевозят его в больницу. Последнее, что видит Соуп перед потерей сознания, это как Прайс лежит не шевелясь и русский медик пытается заставить биться его сердце вновь.

В эпилоге (после титров) бойцы ОТГ-141, их личности не уточняются, спасают важную персону из рук террористов на борту самолёта. Один из бойцов пристёгивает спасённого заложника к себе и затем они покидают самолёт прыгая с парашютом, тогда как самолёт, в котором находилась бомба у трупа одного из погибших пасажиров, взрывается в воздухе.

Аркадный режим

После полного прохождения игры становится доступным «аркадный режим». Игроку даётся определённое количество «жизней», в случае их заканчивания игру придётся начинать заново. Возможно как полное прохождение игры в «аркадном режиме», так и выборочное (одиночные миссии)по желанию игрока. За каждое успешное попадание в противника начисляются очки, в меню показыватся рекордный (максимальный) набраный игроком счёт.

В мультиплеере доступны несколько режимов командной игры по локальной сети или интернету. Игра поддерживает пользовательские модификации.

Сетевые режимы

·         Свободная игра (Free For All). Каждый играет за себя, получая очки за убийство соперников. За фраг начисляется 5 очков, за фраг с использованием перков «Последний выстрел» или «Мученик» — 10 очков.

·         Командный бой (Team Deathmatch). Задача заключается в уничтожении членов другой команды. За фраг начисляется 10 очков, за ранение противника, добитого другим членом команды — 2 очка.

·         Первенство (Domination). Задача заключается в захвате флагов, расставленных по карте, и их удержании.

·         Штаб (Headquarters). Задача состоит в захвате и удержании (отбитии у противника) штабов, появляющихся в разных местах карты.

Вышеперечисленные режимы играются до набора какой-либо стороной лимита очков либо до истечения времени (в этом случае побеждает сторона, набравшая большее количество очков).

·         Саботаж (Sabotage). Необходимо установить бомбу (одна на две команды) на вражеский объект и не дать её обезвредить до истечения времени таймера.

·         Найти и уничтожить (Search & Destroy). Задача атакующей стороны — установить бомбу на один из двух объектов и не дать её обезвредить до истечения времени таймера. Задача защищающейся стороны — не допустить установки бомбы либо обезвредить её, если она установлена. Обе стороны могут также выиграть раунд, уничтожив всех игроков вражеской команды. Возрождение в этом режиме, в отличие от всех остальных, происходит только в начале раунда. Стороны меняются ролями один или несколько раз.

В этих режимах игра продолжается до выигрыша одной из команд заданного количество раундов.

Оружие и система классов

Оружие в многопользовательском режиме поделено на основное и второстепенное. Основное включает пять видов и определяет класс персонажа (задаёт внешний вид и такие характеристики, как дальность спринта, общую подвижность). К второстепенному относятся пистолеты, гранатомёты, взрывчатка, мины и гранаты.

Основное оружие

·         Штурмовые винтовки — M16A4, AK-47, M4, G3, G36C, M14, MP44 (последние два только в сетевой игре);

·         Пистолет-пулемёты — MP5, Skorpion, Mini Uzi, АКС-74У, P-90;

·         Пулемёты — M249, РПД, M60E4;

·         Дробовики — Winchester 1200, М1014;

·         Снайперские винтовки — M40A3, M21, СВД, Remington 700, Barrett 0,50.

Дополнительное оружие[править]

·         Пистолеты — M9, USP 0,45, M1911, Desert Eagle;

·         Нож — оружие ближнего боя (присутствует у каждого игрока).

Взрывотехника

·         Гранаты — по умолчанию игрок несёт одну осколочную наступательную гранату и одну из трёх «специальных» гранат — световую, шумовую или дымовую. Использованиемперков можно увеличить количество осколочных или специальных гранат до трёх, при этом все специальные гранаты будут одинаковыми и не могут быть дымовыми;

·         Claymore — противопехотная мина направленного действия;

·         С4 — пластичная взрывчатка с радиодетонатором;

·         РПГ-7 — советский реактивный многоразовый противотанковый гранатомет ;

Дополнительное оборудование

·         Прибор ночного видения — имеются у всех игроков ;

·         Глушитель;

·         Прицелы — коллиматорный, оптический ACOG;

·         Подствольные гранатомёты — M203, ГП-25.

·         Рукоятка — используются для уменьшения отдачи штурмовых винтовок, только в сетевой игре;

Интернет-соревнования

Быстро набрав популярность у интернет-игроков, игра привлекла много команд для выступления на полупрофессиональном и профессиональном уровне киберсоревнований. Для игры обычно используются специализированные моды, например PAM4, ProMod, ProMod Live.^[5] На RCGL и ClanBase проводятся регулярные соревнования по CoD4 в нескольких десятках номинаций^[6], самые популярные форматы — Search & Destroy (Найти и уничтожить) дуэль, 2x2, 3x3 и 5x5. По CoD4 уже существует множество профессиональных команд, выступающих на различных мировых турнирах. В числе самых популярных — шведская fnatic.MSI^[7], Power Gaming, Team Dignitas. В числе самых популярных российских команд — Team EMPIRE^[8], ROX.KIS, а также проводятся регулярные чемпионаты, основанные на модах ProMod Live. В СНГ популярны регулярные российские PROCOD, EXPLOSIVE CUP, BEFIRST SERIES. Кроме того соревнования по CoD4 включены в ASUS Open.

·         Книга рекордов Гиннесса в 2011 году поставила МакТавиша на 12 место и Прайса на 17 в списке пятидесяти лучших персонажей компьютерных игр^[42].

·         В первой и во второй частях игры серии Call of Duty присутствует капитан Прайс, внешне похожий на одноименного персонажа из данной игры и, возможно, являющийся дедом Джона Прайса из Modern Warfare.

·         Фамилии многих союзников по американской кампании являются фамилиями разработчиков игры. Например: Пелайо, Волкер, Ройсевич, Китинг и др.

·         В игре присутствует реклама, но она абсолютно несерьёзная. В миссии «Грехи отцов» можно увидеть надпись: «Всё для бизнеса и развлечений всего в 8,8 мм!». В миссии «Полное затмение» присутствует реклама никогда не существовавших сигарет «Сталь», с изображением Сталина на пачке и слоганом «Как гвоздь гроба».