Ninja Gaiden Sigma est caractérisé par son importante difficulté et par la variété des combos et d'ennemis. Le jeu comprend un mode Histoire divisé en 19 chapitres et un mode Missions. Outre les améliorations visuelles, cet épisode se démarque de la mouture originale par l'implémentation d'un nouveau personnage jouable (dans 3 chapitres), Rachel et par l'ajout d'armes supplémentaires (le double katana dénommé griffe du dragon et croc du tigre). Ce jeu regroupe certains personnages de Dead or Alive comme le personnage principal Ryu Hayabusa, Rachel ou Ayane et un personnage de Time Crisis dont Gamov. Il est intégré dans une version améliorée dans Ninja Gaiden : Master Collection.