События Resident Evil 4 разворачиваются спустя шесть лет после печально известного инцидента в Раккун-Сити, где произошла вспышка зомби-вируса. Главный герой игры — Леон С. Кеннеди, один из немногих выживших в той катастрофе, ныне работающий специальным агентом на правительство США. Он получает задание отправиться в отдалённую европейскую деревушку и спасти похищенную дочь президента Эшли Грэхем.

Прибыв на место, Леон обнаруживает, что с местными жителями творится что-то неладное. Они ведут себя крайне агрессивно и явно находятся под воздействием неизвестного патогена. Вскоре выясняется, что за похищением Эшли и заражением деревенских стоит таинственный культ Лос-Илюминадос, поклоняющийся древнему паразиту Лас-Плагас. Леону предстоит пробиться через полчища одержимых и мутировавших врагов, разгадать зловещие тайны культа и спасти Эшли, пока ещё не слишком поздно.

В основе игрового процесса RE4 лежит динамичный экшен от третьего лица с элементами хоррора на выживание. Леон должен исследовать локации, решать головоломки, собирать ресурсы и сражаться с многочисленными врагами. Боевая система существенно отличается от того, что было в предыдущих частях серии. Камера теперь расположена за плечом героя, позволяя прицельно стрелять по уязвимым местам противников. Леон стал намного подвижнее, научился уворачиваться, контратаковать и применять добивающие удары.

Враги в RE4 — это не медлительные зомби, а агрессивные и хитрые существа, использующие оружие, объединяющиеся в группы и пытающиеся обойти героя с фланга. Среди них встречаются как обычные одержимые крестьяне (ганадо), так и мутировавшие монстры вроде Регенераторов и Железных Дев. Чтобы выжить в схватках с ними, необходимо грамотно использовать окружение, вести прицельный огонь и постоянно двигаться.

Важную роль в игре занимает менеджмент ресурсов. Патроны, целебные травы и другие полезные предметы попадаются не так часто, а инвентарь Леона ограничен по размеру. Приходится постоянно выбирать, что оставить, а что выбросить, и тщательно обыскивать уровни в поисках тайников. Собранные сокровища и ненужный хлам можно продать торговцу, периодически появляющемуся в разных местах, и приобрести у него новое оружие и апгрейды.