Retro Machina – это исследовательский экшен с изометрической камерой, выполненный в стиле ретро-футуризма. Каждая локация в игре обладает уникальной индивидуальностью, что делает их особенно запоминающимися. Игрок управляет небольшим роботом, который путешествует по разнообразным территориям фантастического мира. Ключевая особенность протагониста – способность временно взламывать других андроидов, чтобы получить над ними контроль. Этот навык используется для решения пространственных головоломок и противостояния врагам, так как самостоятельно главный герой не умеет сражаться. Управление в игре Retro Machina поддерживается с помощью контроллеров от различных производителей.

Действие игры разворачивается в последнем уцелевшем городе Индевор, который возвышается над пеплом погибшей цивилизации, разрушенной природным катаклизмом. В городе остались только роботы, которые собственными силами поддерживают жизнь в поселении. Протагонист – обычный робот-рабочий, который сломался во время выполнения задач. За это его изгнали из жилища и депортировали за пределы стеклянного купола, окружающего остатки общества. Игроку предстоит найти способ вернуться в город, починить своего подопечного и встретиться с теми, кто выжил за стенами Индевора. Все биомы, которые окружают главного героя на протяжении однопользовательской кампании, нарисованы вручную, что позволило наполнить их множеством деталей и объектов окружения.