SteamWorld Dig est un jeu de plateforme en 2D qui tourne autour de l'extraction de ressources et de minerais. L'objectif du jeu est d'explorer 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 d'améliorer les outils utilisés pour creuser au fur et à mesure de sa progression dans le jeu. Outre la santé, le joueur a également besoin de charbon pour la lumière et d'eau pour ses capacités spéciales. SteamWorld Dig possède des éléments de plateforme dans lesquels le joueur court, saute et rencontre des ennemis, mais l'objectif principal est le minage. Cela signifie que le joueur construit, ou plutôt déconstruit, le monde du jeu et crée des plateformes de cette façon. Le joueur collecte des ressources et d'autres ressources cachées qui peuvent être ramenées à la surface et échangées contre de l'argent. Au fur et à mesure que le joueur progresse dans le jeu, de nouvelles capacités sont débloquées. À chaque partie, les mines sont réparties aléatoirement, ce qui fait apparaître des objets et des trésors à différents endroits. Si le joueur est bloqué, il existe une fonction d'autodestruction, mais les joueurs peuvent également acheter des échelles dans le magasin situé à la surface pour se sortir de situations délicates. En progressant plus profondément dans la grotte, le joueur rencontre divers ennemis avec des modèles d'attaque et des points faibles différents. Le jeu propose plusieurs mondes, chacun avec un environnement complètement différent. La mort entraîne une pénalité de réparation et le joueur réapparaît à la surface. Tout le butin accumulé lorsque le joueur meurt peut être récupéré à nouveau.