Machinarium adalah permainan petualangan teka-teki dengan gaya steampunk. Tujuan permainan ini adalah memecahkan beberapa teka-teki yang saling terkait menjadi satu kesatuan. Ciri khas permainan ini juga adalah bahwa karakter pemain hanya dapat berinteraksi dengan satu objek yang ada di dekatnya sekaligus. Selain itu, dalam permainan ini tidak ada dialog, jadi tidak penting dalam bahasa apa pemain berbicara. Alih-alih teks, pikiran karakter dalam permainan ditampilkan dalam bentuk gambar animasi.
Permainan ini juga memiliki sistem petunjuk tiga tingkat. Sekali per level, pemain dapat memperoleh petunjuk yang berubah menjadi harta karun khusus dalam proses permainan. Machinarium juga memungkinkan pemain melihat hasil kumpulan teka-teki dalam bentuk sketsa.
Di awal permainan, pemain melihat kota Machinarium. Karakter pemain adalah robot bernama Joseph (diberi nama setelah Joseph Čapek - saudara penulis Ceko Karel Čapek - yang menciptakan kata "robot"), yang dibuang sebagai sampah. Dia memperbaiki dirinya sendiri dan memulai petualangan di kota. Di tengah cerita, dia mengungkap konspirasi Persaudaraan Jubah Hitam, yang berencana untuk meledakkan menara kota. Tapi dia ditangkap dan dipenjara.