Η ιστορία ξεκινά όταν ο Sonic και ο Tails καταδιώκουν τον Dr. Eggman, ο οποίος έχει βρει την μυστηριώδη Lost Hex, έναν πλανήτη στον ουρανό. Εκεί, ο Eggman υποτάσσει τους Deadly Six — Zazz, Zeena, Zomom, Zik, Zavok και Master Zik — χρησιμοποιώντας ένα μαγικό κοχύλι. Όταν ο Sonic καταστρέφει το κοχύλι, οι Deadly Six επαναστατούν και στρέφονται εναντίον όλων, απειλώντας να απορροφήσουν την ενέργεια της ζωής από τον πλανήτη. Ο Sonic πρέπει να τους σταματήσει, διασχίζοντας θεματικούς κόσμους όπως Windy Hill, Desert Ruins, Frozen Factory, Silent Forest, Sky Road και Lava Mountain.
Η έκδοση για 3DS, αναπτυγμένη από την Dimps, προσφέρει αποκλειστικά επίπεδα, multiplayer mode, StreetPass λειτουργίες και special stages με χρήση του γυροσκοπίου. Το gameplay συνδυάζει parkour κινήσεις, boosts, Wisp powers και εναλλαγή μεταξύ 2D και 3D προοπτικής. Το παιχνίδι ξεχωρίζει για την ταχύτητα, την ποικιλία και την πρόκληση, ενώ η ιστορία εστιάζει στη συνεργασία, την εξιλέωση και την αντιμετώπιση του εγωισμού του Sonic.
