In 1979 checkt Kyle Hyde, een voormalig NYPD-detective die nu handelsreiziger is, in het mysterieuze Hotel Dusk. Zijn belangrijkste doel is het vinden van zijn vermiste ex-partner en het ontrafelen van de geheimen die verborgen liggen in het verleden van het hotel.
Hotel Dusk: Room 215 maakt uniek gebruik van de Nintendo DS-hardware door spelers de console verticaal te laten houden, als een boek. De gameplay draait om stylusinvoer voor het verkennen van omgevingen, het oplossen van logische puzzels en het interacteren met objecten.
Het verhaal bevat vertakkende dialoogbomen waarin verkeerde keuzes kunnen leiden tot direct game over. Spelers verzamelen voorwerpen en noteren aanwijzingen in een digitaal notitieboek om de mysteries in de kamers van het hotel op te lossen.
Gerotoscopeerde karakteranimaties geven de game een kenmerkende visuele stijl. Hotel Dusk: Room 215 onderscheidt zich door zijn noir-geïnspireerde sfeer en sterke focus op verhaalgedreven onderzoek.