Machinarium to gra przygodowa-puzzle w stylu steampunk. Celem gry jest rozwiązanie kilku zagadek, które łączą się w całość. Cechą charakterystyczną gry jest również to, że postać gracza może wchodzić w interakcję tylko z jednym obiektem dostępnym w danym momencie. Ponadto w tej grze nie ma dialogów, więc nie ma znaczenia, w jakim języku mówi gracz. Zamiast tekstu, myśli postaci są przedstawiane w formie animowanych obrazków.
Gra ma również system wskazówek na trzech poziomach. Raz na poziom gracz może otrzymać wskazówkę, która w trakcie gry zamienia się w specjalny skarb. Machinarium pozwala również zobaczyć wynik zbierania puzzli w formie szkiców.
Na początku gry gracz obserwuje miasto Machinarium. Postać gracza to robot imieniem Joseph (nazywany tak na cześć Josefa Čapka, brata czeskiego pisarza Karla Čapka, który wymyślił słowo "robot"), który został wyrzucony na śmietnik. Naprawia się i wyrusza w podróż po mieście. W trakcie fabuły odkrywa spisek Bractwa Czarnego Płaszcza, które planuje wysadzić wieżę miejską. Ale zostaje złapany i uwięziony.