A Machinarium egy kaland-puzzle játék steampunk stílusban. A játék célja, hogy megoldjon több rejtvényt, amelyek egy egységet alkotnak. A játék egyik sajátossága, hogy a játékos karaktere csak egy olyan objektummal léphet interakcióba, ami a közelében van, egyszerre. Ezen kívül a játékban nincsenek párbeszédek, így nem számít, hogy a játékos mely nyelven beszél. A szöveget a karakter gondolatai animált képek formájában jelenítik meg.
A játék emellett egy háromszintű segítség-rendszert is tartalmaz. Egyszer egy szinten a játékos kaphat egy nyomot, amely játékmenet közben különleges kincsé alakul át. A Machinarium lehetővé teszi a rejtvények összegyűjtésének eredményét is, vázlatok formájában.
A játék elején a néző felfedezi Machinarium városát. A játékos karaktere egy Joseph nevű robot (akinek a neve Joseph Čapek, a cseh író Karel Čapek testvéréről kapta, aki feltalálta a „robot” szót) az űrhulladékba dobták. Ő talpra állítja magát, és elindul a városban. A történet során felfedi a Fekete Köpeny Testvériség összeesküvését, akik fel szeretnék robbantani a városi tornyot. De elkapják és bebörtönzik.