Factorio представляет собой симулятор строительства и управления: игроку предлагается построить обширную фабрику и расширять ее, увеличивая и оптимизируя производство[8]. Начало игры оформлено наподобие симуляторов выживания: игрок управляет одним персонажем, чей космический корабль разбился на неизведанной планете; герой стремится выбраться с нее, построив новую ракету[9]. Персонаж может свободно перемещаться по карте — вначале пешком, а затем используя различные транспортные средства. Планета богата природными ресурсами — полезными ископаемыми, водой и растительностью; персонаж может собирать эти ресурсы и создавать из них различные устройства и машины — печи, паровые двигатели, нефтеперерабатывающие заводы. Создание сложных объектов требует длинных цепочек: например, чтобы создавать электронные схемы, необходимо сначала обзавестись оборудованием для добычи и плавки металла; переплавить медную руду в медные пластины, вытянуть из них проволоку и скомбинировать эту медную проволоку с железными пластинами[9]. Уже начиная с самой ранней стадии игры игрок физически не успевает выполнять все действия, связанные с созданием продукции в достаточном количестве, без применения автоматики. Он должен создавать и автоматизировать эти процессы, налаживать производственные цепочки и сборочные линии так, чтобы работа выполнялась сама, без его непосредственного участия[9].
От игрока требуется тщательно планировать структуру своей фабрики, балансировать потребление и выпуск компонентов. Так как месторождения ресурсов вырабатываются, необходимо осваивать более отдалённые участки. Для доставки сырья на фабрику может использоваться железнодорожная сеть — ещё один важный элемент игры. Загрязнение, распространяемое фабрикой, тревожит обитателей планеты — вымышленных членистоногих существ. Они собираются в группы и нападают на источник загрязнения. Для защиты от них могут использоваться каменные стены, автоматические турели, мины и т. п. Игрок может попытаться уничтожить их логово (одно из многих) при помощи обширного арсенала вооружения, вплоть до танков и тяжёлой артиллерии. Условной целью игры является запуск ракеты в космос, однако при желании можно продолжать игру и после запуска. В частности, отправляя на ракетах спутники, можно получать материалы для исследования «бесконечных» технологий.
