SteamWorld Dig est un jeu de plateforme 2D qui tourne autour de l'exploitation minière des ressources et des minerais. L'objectif du jeu est d'enquêter sur les mines situées sous la vieille ville occidentale de Tumbleton afin de découvrir les secrets qui s'y cachent. Le joueur contrôle Rusty qui est équipé d'une pioche, mais le joueur a la possibilité de mettre à niveau les outils utilisés pour creuser au fur et à mesure de la progression dans le jeu. Outre la santé, le joueur a également besoin de charbon pour s'éclairer et d'eau pour ses capacités spéciales. SteamWorld Dig comporte des éléments de plate-forme dans lesquels le joueur court, saute et rencontre des ennemis, mais l'objectif principal est l'exploitation minière. Cela signifie que le joueur construit – ou plutôt déconstruit – le monde du jeu et crée ainsi des plateformes. Le joueur collecte des ressources et autres ressources cachées qui peuvent être ramenées à la surface et échangées contre de l'argent. Lorsque le joueur progresse dans le jeu, de nouvelles capacités sont débloquées. À chaque partie, les mines sont randomisées, faisant apparaître des objets et des trésors à différents endroits. Si le joueur reste coincé, il existe une fonction d'autodestruction, mais les joueurs peuvent également acheter des échelles dans le magasin en surface pour se sortir de situations délicates. En progressant plus profondément dans la grotte, le joueur rencontre divers ennemis avec différents modèles d'attaque et points faibles. Le jeu propose plusieurs mondes, chacun avec un environnement complètement différent. Mourir entraîne une pénalité de réparation et le joueur réapparaît à la surface. Tout le butin accumulé à la mort du joueur peut être récupéré.