Call of Duty 4: Modern Warfare verlegt het decor van de serie naar de hedendaagse tijd en volgt een plot rond een staatsgreep in Rusland door de extremist Imran Zakhaev en zijn groep, de 'Four Horsemen of the Apocalypse'.
Je speelt als lid van een internationaal elite-team, bestaande uit Amerikanen en Britten, dat wordt ingezet om de dreiging te stoppen. De campagne begint met een missie boven zee, waar je informatie moet verzamelen over een verdacht containerschip. Later neem je het op tegen vijanden in uiteenlopende locaties, van Midden-Oosten tot Rusland, terwijl je gebruikmaakt van realistische wapens en uitrusting zoals machinegeweren, sluipschuttergeweren, nachtkijkers en luchtsteun.
Tijdens missies vlieg je ook mee in helikopters om vijanden vanuit de lucht aan te vallen. Daarnaast biedt de game een uitgebreide multiplayer-modus met de mogelijkheid om je eigen uitrusting samen te stellen via 'create-a-class', inclusief het kiezen van drie vaardigheden ('perks', zoals het automatisch laten vallen van een granaat bij neerschieten).