Историята започва, когато Sonic и Tails преследват Dr. Eggman, който е открил мистериозния Lost Hex, планета в небето. Там Eggman подчинява Deadly Six — Zazz, Zeena, Zomom, Zik, Zavok и Master Zik — използвайки магическа черупка. Когато Sonic унищожава черупката, Deadly Six се въстават и се обръщат срещу всички, заплашвайки да абсорбират жизнената енергия на планетата. Sonic трябва да ги спре, преминавайки през тематични светове като Windy Hill, Desert Ruins, Frozen Factory, Silent Forest, Sky Road и Lava Mountain.
Версията за 3DS, разработена от Dimps, предлага ексклузивни нива, мултиплейър режим, StreetPass функции и специални етапи с използване на жироскопа. Геймплеят комбинира паркур движения, ускорения, Wisp сили и превключване между 2D и 3D перспектива. Играта се отличава с бързина, разнообразие и предизвикателство, докато историята се фокусира върху сътрудничеството, изкуплението и справянето с егото на Sonic.