Machinarium es un juego de aventuras de rompecabezas en estilo steampunk. El objetivo del juego es resolver varios rompecabezas que están conectados en un todo. Una característica única del juego es que el personaje del jugador solo puede interactuar con un objeto a la vez que esté al alcance. Además, en este juego no hay diálogos, por lo que no importa qué idioma hable el jugador. En lugar de texto, los pensamientos del personaje se muestran en forma de imágenes animadas.
El juego también cuenta con un sistema de pistas de dos niveles. Una vez por nivel, el jugador puede recibir una pista, que se convierte en un tesoro especial en el transcurso del juego. Machinarium también permite ver el resultado de la recolección del rompecabezas en forma de bocetos.
Al comienzo del juego, el jugador observa la ciudad de Machinarium. El personaje del jugador es un robot llamado Joseph (nombrado en honor a Joseph Čapek, hermano del escritor checo Karel Čapek, quien acuñó la palabra 'robot'), que fue desechado como chatarra. Él se repara y se embarca en un viaje a través de la ciudad. A lo largo de la historia, descubre una conspiración de la Hermandad de la Capa Negra, que pretende volar la torre de la ciudad. Pero luego es atrapado y encerrado.