Das Spiel wurde am 9. Juli 2013 im Free-to-play-Modell für Microsoft Windows veröffentlicht. Versionen für macOS und Linux folgten nach einer einwöchigen Testphase. Dota 2 ist exklusiv über Valves Vertriebsplattform Steam verfügbar. Designer des Spiels ist IceFrog, ein langjähriger Mitentwickler des Vorgängers, welcher nur unter Pseudonym auftritt.
Bei Dota 2 steuert der Spieler wie bei seinem Vorgänger, Defense of the Ancients, einen Helden aus der Vogelperspektive. Der Spieler wird in eine Gruppe aus fünf Spielern einer der Fraktionen Dire oder Radiant zugewiesen.
Den „Ancient“, das Hauptgebäude der jeweiligen Fraktion, zu verteidigen und den gegnerischen zu zerstören ist das Ziel des Spiels. Der Held skaliert im Laufe des Spieles durch zwei Größen: Gold, das durch das Zerstören von gegnerischen Gebäuden und das Töten von gegnerischen Mitspielern oder den KI-Gegnern, sog. Creeps, gewonnen wird, und Erfahrung (auch: Experience (XP)), welche durch den Tod von gegnerischen Helden bzw. Creeps und Roshan oder dem konsumierbaren Item "Tome of Knowledge" gewonnen wird.
Daneben erhält jeder Spieler ein geringes regelmäßiges Einkommen an Gold. Das Gold wird hauptsächlich für das Kaufen von mehr als 100 verschiedenen Gegenständen (Items) verwendet, während Erfahrung in bestimmten Abständen zu Levelaufstiegen führt, die dem Helden bessere Werte (wie bspw. Lebenspunkte/Manapunkte oder Rüstung) als auch neue Fertigkeiten (sog. Skills) verschafft. Der maximal zu erreichende Level ist 25.
Seit Version 7.00 umfasst Dota 2 ein Talent-System, das es jedem Helden ermöglicht, auf den Leveln 10, 15, 20 und 25 jeweils eines von zwei individuellen Talenten zu erlernen. Diese können unter anderem Fähigkeiten verbessern, Attribute, Gold- und Erfahrungsgewinn, sowie das Bewegungstempo eines Helden erhöhen. Jeder der (zurzeit) 116 Helden im Spiel ist einem der drei Hauptattribute (Intelligenz, Agilität und Stärke) zugeordnet. Ein Held hat in der Regel vier Fertigkeiten, davon drei normale und eine Ultimate Fertigkeit, die er zumeist auf Level 6 erlernen kann. Die annähernd punktsymmetrisch zum Mittelpunkt aufgebaute Karte ist in drei von Türmen bewachte Wege (sog. Lanes) unterteilt. Jeder Weg hat dabei zwei Türme. Die Wege verbinden die beiden Ancients miteinander und werden von den Creeps des Gegners abgelaufen. Die Ancients stehen dabei in der Basis der jeweiligen Fraktionen, die am Ende jeder Lane durch jeweils einen weiteren Turm am Eingang zur Basis stark gesichert sind.
Durch Zerstören der dahinterliegenden Nahkampf- bzw. Fernkampfkaserne, werden die eigenen Creeps auf diesem Weg stärker, was einen erheblichen Vorteil mit sich bringt. Als allerletzte Instanz vor dem eigenen Ancient stehen zwei weitere Türme, die vor dem Angreifen des eigentlichen Ancients zerstört werden müssen.
Auf grundlegende Änderungen in der Spielmechanik verzichtet Valve. Verglichen mit dem Vorgänger soll vor allem der Bedienkomfort verbessert werden. Obwohl Dota 2 wie der Vorgänger ein Multiplayerspiel ist, ist auch ein Single-Player-Übungsmodus implementiert, in dem die anderen Helden von Bots kontrolliert werden.
Das Aussehen der Spieloberfläche und das der Helden lässt sich durch Skins verändern, die unter anderem durch Echtgeld erworben werden können. Zudem kann man sich Turnier-Tickets kaufen, die es einem ermöglichen, Partien live mitzuverfolgen. Im Gegensatz zu anderen Free-to-play-Modellen lassen sich bei Dota 2 keinerlei spielerische Vorteile erkaufen.