Auch wenn die Form des Automaten es anders suggeriert: Der Spieler steuert keinen Hubschrauber, sondern einen Superhelden mit Raketenrucksack und muss sich durch 18 unterschiedliche Levels mit teils bizarren Gegnern kämpfen. Dabei kann er auf dem Boden entlang rennen oder mit seinem Rucksack durch die Luft fliegen. Am Ende eines Levels trifft der Spieler auf einen besonders harten Endgegner, dem er im finalen, 18. Level nochmals begegnet.

Das Spiel verwendet einen Z80- und zwei 68000-Prozessoren und bildet die technologische Grundlage auch für andere Spiele wie Hang On (1985) und Out Run (1986). Space Harrier ist das erste Shoot-'Em-Up-Spiel mit einer pseudo-dreidimensionalen Grafik. Das Spiel wurde in drei unterschiedlichen Gehäusevarianten als klassisches Upright Cabinet, als Cockpit und als Hydraulik-Cockpit vertrieben. Das in der Ausstellung gezeigte hydraulisch betriebene Full-Motion-Cockpit ist an den Joystick gekoppelt und folgt den Bewegungen der Spielfigur.

Die verschiedenen Level des Spiels verwenden eine Science-Ficton-Thematik oder wurden durch andere Spieleklassiker wie Centipede inspiriert. Die Vergabe der Spielkredite ist relativ ungewöhnlich, da durch Geldeinwurf kein Spielrecht erkauft, sondern die Anzahl der zur Verfügung stehenden Leben erhöht wird. Das Spiel wurde wie Out Run von Yu Suzuki produziert und wurde für fast alle Sega-Spielkonsolen und den GameGear-Handheld umgesetzt.