Fokus haben die Entwickler auch auf den Multiplayermodus gelegt. Hierbei nutzt CoD4 ein Klassensystem, welches dem Spieler einen in Ausrüstung und Fähigkeiten vorgefertigten Soldaten bietet. Dieses wird jedoch noch durch Perks, kleine Verbesserungen für euren Charakter, erweitert. Diese lassen sich gleichsam wie Waffen und andere Extras durch Ranglistenmatches freischalten und verbessern den eigenen Charakter in Sachen Gesundheit, Schnelligkeit und Ausdauer. Somit ist man anderen Spielern ein immer ein wenig unter- bzw. überlegen, was jedoch gerade den Reiz des Multiplayermodus ausmacht.
Die Spielmodi sind mit u.a. Deathmatch oder Team Deathmatch klassisch gehalten, werden aber ebenfalls durch beispielsweise den Modus Sabotage ergänzt, in welchem es gilt in Counter Strike-Manier einen C4-Sprengsatz zu platzieren. Gespielt werden darf dabei mit bis zu zwei Spielern via Splitscreen oder mit bis zu 18 Spielern online oder 24 im lokalen Netzwerk.
