Le Sega CD (Mega-CD en Europe), sorti en 1991, est un add-on ajoutant un lecteur CD-ROM à la Mega Drive. Il promet des jeux plus longs, des cinématiques animées et une bande-son qualité CD. En pratique, la plupart des titres n'exploitent que partiellement ses capacités.
Quelques pépites émergent néanmoins : Sonic CD, Night Trap, les jeux Lunar. Mais son prix élevé et la nécessité de posséder une Mega Drive limitent son adoption. Vendu à environ 2,7 millions d'unités, le Sega CD reste une curiosité de l'histoire du jeu vidéo, premier pas vers le CD-ROM sur consoles.