Machinarium è un gioco di avventura puzzle in stile steampunk. Lo scopo del gioco è risolvere diversi enigmi che sono collegati tra loro. Un'altra caratteristica del gioco è che il personaggio del giocatore può interagire con un solo oggetto accessibile alla volta. Inoltre, in questo gioco non ci sono dialoghi, quindi non importa quale lingua parli il giocatore. Invece del testo, i pensieri del personaggio sono mostrati attraverso immagini animate.
Il gioco ha anche un sistema di suggerimenti a tre livelli. Una volta per livello, il giocatore può ricevere un suggerimento che si trasforma in un tesoro speciale durante il gioco. Machinarium permette anche di visualizzare il risultato della raccolta del puzzle sotto forma di schizzi.
All'inizio del gioco, il giocatore osserva la città di Machinarium. Il personaggio del giocatore è un robot di nome Joseph (chiamato così in onore di Josef Čapek, il fratello dello scrittore ceco Karel Čapek, che coniò la parola "robot"), che è stato scartato. Si ripara e parte per un viaggio attraverso la città. Durante la trama, scopre un complotto della Fratellanza del Mantello Nero, che sta progettando di far esplodere la torre della città. Ma poi viene catturato e rinchiuso.