Machinarium mở đầu với một cái nhìn tổng quan về thành phố cùng tên khi một phi công bay từ đỉnh cao nhất của tòa tháp cao nhất thành phố. Nhân vật người chơi, một robot tên là Josef (được đặt theo tên của Josef Čapek, người tạo ra từ "robot" và anh trai Karel Čapek) bị bỏ rơi trên một bản tin điện tử, nơi anh ta tự lắp ráp lại và lên đường đến thành phố. Bước vào thành phố, anh phát hiện ra một âm mưu của Black Cap Brotherhood, ba nhân vật phản diện tội phạm của anh, để làm nổ tung tòa tháp của thành phố. Thật không may, anh ta được phát hiện và bị nhốt. Sau khi ra khỏi nhà tù, Josef giúp đỡ các công dân của thành phố, khi anh phát hiện ra sự nghịch ngợm mà Brotherhood đang làm việc. Không lâu sau khi tràn vào phòng của Brotherhood (khiến họ bất lực), Josef tìm bạn gái của mình là Berta, [18], người đã bị nhốt và buộc phải nấu ăn. Không thể giải thoát cô, anh đi lên đỉnh tháp. Sau khi anh ta thực hiện âm mưu của Black Cap Brotherhood bằng cách giải giáp quả bom được dán vào tháp, Josef đến căn phòng cao nhất, trong đó câu chuyện bắt đầu. Một con robot đầu to, "đầu" của thành phố, ngồi giữa phòng, mất năng lực và nói lắp bắp. Josef nhớ lại cách ba người họ sống hạnh phúc cho đến khi Black Cap Brotherhood hạ gục người bạn này, khiến anh ta bị tàn tật và bắt cóc Berta. Khi một kẻ hút rác đến để xử lý tên côn đồ Black Cap, nó đã bắt giữ Josef. Sau tiết lộ này, Josef khôi phục lại người bạn của mình để tỉnh táo, bỏ Brotherhood xuống một cống, và giải thoát cho Berta. Hai người họ leo trở lại tòa tháp, vẫy tay tạm biệt người bạn và bay vào hoàng hôn. Trong cảnh đóng cửa cuối cùng, chiếc xe của họ bị va chạm và té ngã, và họ được nhìn thấy đang bị hai chiếc phi cơ mang đi riêng.