"Call of Duty: Black Ops" kann online auf dem Playstation 3-System, dem Xbox 360-System und auf dem PC gespielt werden. Das Online-Spielen auf der Playstation 3 und dem PC ist kostenlos; Für das Online-Spielen auf der Xbox 360 ist jedoch ein Online-Abonnement erforderlich.
"Call of Duty: Black Ops" bietet online zwei spielbare Optionen: Multiplayer und Zombies. In der Multiplayer-Option können Spieler an Online-Matches teilnehmen, die aus zwei Teams bestehen, die in verschiedenen Spielarten gegeneinander kämpfen. In den Zombies-Optionen schließt sich ein Spieler einem Online-Spiel mit maximal drei anderen an, die zusammen spielen, um verschiedene Level von Zombiehorten zu besiegen.