Call of Duty 4: Modern Warfare is de eerste Call of Duty-game die zich afspeelt in de tegenwoordige tijd. Vier Russische terroristenleiders hebben de handen ineen geslagen en besluiten een staatsgreep te plegen in het politiek instabiele Rusland. Aan het hoofd van deze 'Four Horsemen of the Apocalypse', zoals ze zichzelf noemen, staat Zakhaev. Het idealisme van deze Russische patriot toont vele overeenkomsten met dat van de voormalige Russische dictator Stalin en hij is er dan ook op uit om Rusland terug te brengen naar het communistische regime. In dit regime staan hard werken, gelijkheid, volledige militaire controle en structuur voorop staan.

Al snel ontstaat er een burgeroorlog in Rusland, en de internationale autoriteiten besluiten in te grijpen. Voorop lopen niet geheel onvoorspelbaar, de Amerikanen. Zakhaev besluit de strijd te concentreren in het Midden-Oosten waardoor de Amerikanen het idee krijgen dat het de communist gaat om het zuidelijk deel van Rusland. De Britse SAS heeft echter al snel door wat er speelt, en komt tot de ontdekking dat Zakhaev de Amerikanen probeert af te leiden om in het geheim iets heel anders te realiseren.

Wereldleiders stellen zo snel mogelijk een team van specialisten samen, bestaande uit Amerikanen en Britten die de 'Four Horsemen' moeten opsporen en uitschakelen. Als speler maak je deel uit van dit team, en begin je vanaf het punt dat de Britten onderzoek doen naar de bedoelingen van Zakhaev. De eerste missie speelt zich dan ook af vlak boven een stormachtige oceaan/zee alwaar de speler op het dek gedropt wordt om uit te vogelen waarom Zakhaev een containerschip nodig heeft.

Call of Duty 4 bevat meer dan zeventig vormen van authentieke en geavanceerde wapens en uitrusting. Denk hierbij onder andere aan machinegeweren, sluipschuttergeweren, mijnen, nachtkijkers en veel meer. Bovendien kun je andere luchtondersteuning inroepen om je bij te staan in de strijd. Ook vlieg je soms zelf mee met helikopters om vanuit de lucht je vijanden aan te vallen.

Deze oorlogsgame heeft een zeer uitgebreide multiplayermodus die gebaseerd is op de zeer populaire multiplayer van Call of Duty 2. In de "create-a-class"-optie kunnen spelers hun eigen uitrusting aanpassen. Ook kunnen ze drie verschillende "perks" (vaardigheden) samenstellen, die zijn vrij te spelen. Eén van deze "perks" is bijvoorbeeld dat je personage een granaat laat vallen nadat hij is neergeschoten.