In Thor: God of Thunder volgen we de Noorse mythologische god Thor. De god van de donder neemt het op tegen allerlei vijanden en monsters die bekend zijn uit de Noorse mythologie. Hiervoor heeft Thor zijn magische hamer Mjolnir tot zijn beschikking. De game vertelt een verhaal dat zich afspeelt in het universum van de stripserie waarop de game gebaseerd is.

Tijdens de gevechten kan Thor zijn hamer Mjolnir gebruiken om de hulp van de elementen in te roepen. Zo kan hij de wind, donder en bliksem inschakelen om vijanden mee aan te vallen. Daarnaast kan hij ervoor kiezen om vijanden van dichtbij aan te vallen met de hamer, of juist van veraf door de hamer te werpen.