Im Zombie Modus geht es darum, unbegrenzte Wellen von Zombiehorden zu überleben. Entweder im Einzelspieler oder im Ko-op-Modus mit bis zu 4 Spielern . Der Zombie Modus hat jedoch nichts mit dem Singleplayer zu tuen und besitzt sein eigenes Universum mit eigener Handlung. Diese kann man erkunden, indem man die aufwendigen und versteckten “Easter Egges” bewältigt, die nach der Karte Ascension ein fester Bestandteil jeder Zombie Karte wurden.
Es gibt jedoch auch andere Varianten, wie z.B. der Mutiert Modi, welcher es einem erlaubt, die Rolle der Untoten selbst zu übernehmen. Auch der Schmerz Modi erlaubt es dem Spieler neue Seiten zu erkunden. Dieser Modus ähnelt dem normalen Überlebenskampf, jedoch treten zwei Teams gegeneinander mit je 4 Spielern an. Das Team, welches als letztes noch mindestens einen lebenden Spieler hat, gewinnt. Diese Modi wurden jedoch erst in Call of Duty: Black Ops II eingeführt und waren vorher nicht enthalten.
