Nel corso di un'intervista con Nintendo World Report, Takashi Iizuka, producer di Sonic Lost World, ha confermato che la versione Wii U del titolo avrà il multiplayer solo in locale, mentre su 3DS sarà disponibile anche una modalità online.
Iizuka ha spiegato: "Su Wii U ci saranno modalità sia cooperative che competitive. Nella co-op, Sonic sarà comandato tramite il Wii U GamePad, mentre il secondo giocatore potrà aiutarlo con il Wiimote". E ancora: "Nella modalità Versus, un giocatore giocherà sullo schermo TV, mentre l'altro utilizzerà il GamePad, senza alcun bisogno di ricorrere allo split screen."
A differenza della versione Wii U, quella 3DS supporterà sia il gioco in locale che online, fino a 4 giocatori.