Machinarium é um jogo de aventura em estilo steampunk. O objetivo do jogo é resolver vários quebra-cabeças que estão interconectados em um todo. Uma característica única do jogo é que o personagem do jogador só pode interagir com um objeto que esteja ao alcance de cada vez. Além disso, este jogo não tem diálogos, então não importa qual idioma o jogador fala. Em vez de texto, os pensamentos do personagem são mostrados na forma de imagens animadas.
O jogo também possui um sistema de dicas de dois níveis. Uma vez por nível, o jogador pode receber uma dica, que se transforma em um tesouro especial no decorrer do jogo. Machinarium também permite ver o resultado da coleta do quebra-cabeça na forma de esboços.
No início do jogo, o jogador observa a cidade de Machinarium. O personagem do jogador é um robô chamado Joseph (nomeado em homenagem a Joseph Čapek - irmão do escritor tcheco Karel Čapek, que inventou a palavra 'robô'), que foi descartado como sucata. Ele se repara e embarca em uma jornada pela cidade. Ao longo da história, ele desvenda uma conspiração da Irmandade do Capuz Negro, que pretende explode a torre da cidade. Mas então ele é capturado e trancado.