Permainan ini berpusat kepada pertarungan kartu, dengan setiap karakter direpresentasikan dengan macam-macam atribut. Setiap karakter dari Kancolle adalah perwujudan dari kapal perang dari Perang Dunia II yang diwujudkan dengan gadis cantik, yang disebut armada perempuan (艦娘 ''kanmusu''). Kapal perang yang direpresentasikan dengan gadis itu berdasar pada kapal perang dari dunia nyata yang dijelaskan dalam game tersebut; Karakter fisik, penampilan, dan kepribadian terhubung dengan kapal perang di dunia nyata. Pemain berperan sebagai Admiral (提督 ''teitoku'') dan mengatur armadanya dalam perang agar menang.
Pertempuran sebagian besar otomatis, dan pemain biasanya hanya mengatur pembuatan kapal dan perbaikan kapal. Pemain dapat mempunyai hingga 4 armada yang berbeda.
Pemain maju dalam permainan ini dengan cara menamatkan peta-peta yang ada, bertarung dengan musuh untuk mendapatkan poin dan naik tingkat, mendapatkankapalmendapatkan gadis kapal yang baru sambil memperbaiki dan menyelesaikan misi untuk mendapatkan sumber daya. Perlengkapan baru dapat dibuat, sehingga armada kapal dapat memperlengkapi diri dengan peralatan tergantung situasi. Mendapatkan kapal gadis yang baru dapat terjadi dengan menamatkan peta atau membuat sendiri. Kapal gadis yang didapat itu acak, sehingga membuat gadis kapal sendiri dengan sumber daya yang ada juga termasuk dalam kunci permainan. Konstruksi, memasok dan perbaikan kapal bergantung pada empat jenis sumber daya, yaitu bahan bakar, amunisi, baja dan bauksit; Pasukan tersebut akan bertambah banyak seiring berjalannya waktu, atau pemain dapat menyelesaikan misi untuk menambah sumber daya mereka.
Kanmusu dapat menjadi lebih kuat jika mereka mendapatkan pengalaman dan naik level setelah pertempuran, serta dapat dirombak menjadi model yang lebih maju. Kanmusu yang tidak diinginkan juga bisa "diberi makan" untuk kanmusu lain melalui proses yang dikenal sebagai "modernisasi" (近代 化 改修 kindaika Kaishu), yang membuat kapal itu menjadi lebih kuat namun kehilangan kapal yang lain. Kapal juga dapat mengalami kelelahan setelah menjalankan misi atau berperang; Kapal yang kelelahan mengalami penurunan atribut dan lebih mengalami kesempatan untuk tenggelam, sebaliknya kapal yang berkilau meningkatkan atributnya.
