Всего в Doom 3 присутствует 27 уровней. Большей частью они довольно большие и требуют от 1 часа на каждый при первом прохождении игры.
- Вступление (Марс-Сити 1): Короткое обучение основным действиям в игре. (Добро пожаловать на Марс!) Морской пехотинец прибывает на Марс, идёт в штаб и получает здесь своё первое задание. Вместе с ним также прибывает советник правительства Элиотт Свонн, с ходу вступающий в спор с доктором Бетругером.
- Подземный уровень Марс-Сити: Ещё более короткое обучение, затрагивающее ещё некоторые особенности игры. В здании центра связи дела начинают идти скверно. Неизвестные существа заполняют базу. Начинается тревога и массовая бойня. Появляются импы (imps).
- Марс-Сити (2): Тот же самый уровень, что и во вступлении, но уже после тревоги. Штаб морской пехоты, куда спешил герой полностью разгромлен.
- Администрация UAC: Герой-солдат встречает опасного монстра пинки (Pinky)(розовенький). Непонятная растительная органическая субстанция начинает распространяться по базе, и начинают телепортироваться неизвестные монстры.
- Комплекс Альфа сектор 1: Построенная в 2095 году и расположенная на второй площадке, Альфа является центральной исследовательской лабораторией UAC. В Секторе 1 находятся СФД (Субатомный Фазовый Деконструктор) и Гидрокон. Появляются магготы (maggots).
- Комплекс Альфа сектор 2: Появляются трайты (trites). Через окно в одной из комнат можно увидеть проходящую рядом команду морпехов Браво.
- Комплекс Альфа сектор 3: В нём можно найти хорошо спрятанный плазмомёт и, при желании, ещё и пулемёт.
- Комплекс Альфа сектор 4: Игрок должен воспользоваться либо EFR (реактор по переработке плазмы для BFG), либо выдвижными мостами. В этом уровне присутствует печально известная сценка «они забрали моё дитя», а в конце уровня появляется первый босс Вагари (Vagary).
- Транспортный узел: На этом уровне много локаций на открытом воздухе. В начале уровня появляется первый какодемон (cacodemon). Также впервые появляется зомби с бензопилой aka «пильщик», от победы над которым остаётся трофей, стоящий сражения. Впервые появляется артефакт берсерка.
- Узел связи: Перед игроком ставится выбор посылать(по приказу Келли) или не посылать(по требованию Свана) сигнал СОС на орбитальную станцию.
- Эстакада монорельса (Перерабатывающий завод сектор 1): Место, где перерабатываются мусор и отходы. Появляются ревенанты (Revenants). Это единственный уровень с лужами токсичных отходов.
- Перерабатывающий завод сектор 2: Этот сектор неисправен и заполнен ядовитым газом. Появляются манкубусы (mancubus) и черубы (cherubs).
- Монорельс: Игрок должен достичь комплекс лабораторий Дельта на монорельсовом вагончике. Также встречаются Коммандос (commando)
- Комплекс Дельта сектор 1: Игрок должен обеспечить подачу энергии, включив главный реактор. Знакомимся с пулемётчиками.
- Комплекс Дельта сектор 2a: Игрок в первый раз проходит сквозь телепортер.
- Комплекс Дельта сектор 2b: Начинаются появляться арчвайлы (Archviles). Раскрывается роль Душекуба в сюжете игры.
- Комплекс Дельта сектор 3: Многочисленные телепортации игрока. Игрок буквально преследует Бетругера.
- Комплекс Дельта сектор 4: Игрок встречается с Рыцарями Ада (Hellknights) (в официальном переводе игры неправильно названными Баронами Ада). Бетругер посылает игрока в ад сквозь главный телепорт после битвы с ними.
- Ад: Игрок должен пройти сквозь ад и победить Стража (Guardian), второго босса, чтобы получить в свои руки Душекуб.
- Главный процессор: Растительность сильно заполоняет базу, и в конце уровня игрок встречается с умирающим Кэмпбеллом, у которого отняли его оружие BFG 9000.
- Центральные серверные базы: Игрок сражается с третьим боссом, Саваофом (Sabaoth). Саваоф получился в результате скрещивания сержанта Келли с роботом-ремонтником.
- Третья площадка: Сюда приносят объекты, найденные при раскопках, и здесь они исследуются. Это последний уровень, в котором видна поверхность Марса..
- Пещеры зона 1: Игрок продвигается к главной зоне раскопок, где находится портал в ад. В зоне 1 же находится самая ранняя часть построенной Марсианской базы.
- Пещеры зона 2: В ней находится старинный марсианский храм. Опять появляются вагари.
- Основной раскоп (Адская дыра): Игрок должен победить последнего босса Кибердемона, и закрыть адский портал.
