In Tenchu: Dark Secret schlüpfen die Spieler in die Sandalen von Rikimaru und Ayame, den legendären Shinobi des Azuma-Ninja-Klans. Auf Befehl von Lord Gohda infiltrieren sie feindliche Festungen, um eine Verschwörung zur Herstellung gefährlicher Waffen aufzudecken, und verlassen sich dabei auf Heimlichkeit und präzise Bewegungen, um nicht entdeckt zu werden.
Das Kernspiel von Tenchu: Dark Secret stellt taktische Heimlichkeit über direkte Kämpfe. Spieler studieren Patrouillenrouten der Feinde, nutzen Schatten, um verborgen zu bleiben, und führen tödliche Schläge aus, um Wachen lautlos auszuschalten. Ein neues Handwerkssystem erlaubt es, gesammelte Materialien zu kombinieren und einzigartige Gegenstände zu schmieden, was das Arsenal für zunehmend schwierigere Missionen erweitert.
Tenchu: Dark Secret verwendet ein prozedurales Missionssystem, das feindliche Positionen und Kartenlayouts variiert und so den Wiederspielwert erhöht. Die Dual-Screen-Oberfläche des Nintendo DS zeigt gleichzeitig Kartendaten und Inventarverwaltung an, sodass Spieler schnell auf Ausrüstung zugreifen können, ohne das Spielgeschehen zu unterbrechen.
Als Handheld-Titel, der die charakteristischen Stealth-Mechaniken der Serie auf den DS bringt, enthält Tenchu: Dark Secret einen Level-Editor. Diese Funktion ermöglicht es Spielern, eigene Missionen zu entwerfen und komplexe Layouts zu erstellen, die die Grenzen der Stealth-Engine testen.