Death Row Escape ставит игрока в роль рабочего, отправленного в заброшенную тюрьму для выполнения планового ремонта. Задание неожиданно превращается в борьбу за выживание, когда протагонист оказывается заперт в стенах гигантского комплекса. Всем учреждением управляет центральный искусственный интеллект, а по коридорам бродят вооруженные наемники и результаты прошлых экспериментов. Для продвижения игроку предстоит решать загадки, связанные с окружением, справляться с повторяющейся временной петлей и в итоге отыскать реальный путь наружу. Все происходящее демонстрируется через объектив нательной камеры.

Перестрелки являются важной частью игрового процесса Death Row Escape, предлагая сцены, которые требуют применения различного оружия против неприятелей. Эти столкновения часто происходят на территории тюрьмы, сталкивая героя с организованными наемниками и другими агрессивными существами. Шанс уцелеть в таких стычках зависит от грамотного использования окружения в качестве укрытий и выбора подходящих моментов для ведения ответного огня. Каждый бой представляет собой особую задачу, которая решается за счет меткости, ориентирования в пространстве и распоряжения имеющимися ресурсами.

Механика временной петли заключает героя в ловушку, из-за чего планировка тюрьмы и происходящие в ней события меняются с каждым новым циклом. Распознавание и использование этих временных изменений становится ключом к открытию новых маршрутов и продвижению по сюжету. Компьютерный разум манипулирует системами объекта, чтобы помешать прохождению, сооружая преграды и ловушки, которые требуют логического подхода. Сюжетная линия разветвляется в зависимости от принятых решений и приводит к одному из нескольких финалов, формирующихся на основе взаимодействия с указаниями ИИ.