Nier: Automata — игра в жанре Action/RPG с открытым миром. Как и NieR, в отдельных эпизодах игры геймплей игры может заметно меняться, и соответственно меняется управление и положение камеры — по мере прохождения Automata может выглядеть то как шутер с боковой прокруткой, то как shoot ’em up с видом сверху, то как псевдотрёхмерный платформер, то как текстовый квест. Игрок поочередно управляет несколькими героями — андроидами из отряда YoRHa; каждого из них сопровождает «под» — летающий робот-помощник. В качестве врагов в игре выступают «машины» самых разнообразных, часто неожиданных форм — роботы-самураи, танки, металлические сферы. Герои преимущественно перемещаются по миру игры пешком, но Automata также позволяет укрощать диких животных и ездить на них верхом, а в некоторых сегментах — пилотировать летающие мехи и сражаться с врагами в воздухе. В мире игры есть многочисленные спрятанные предметы и побочные задания, и ожидается, что игрок будет тщательно исследовать мир, чтобы найти такие секреты — в некоторых случаях такой поиск нужен и для того, чтобы продвинуться дальше по сюжету. Игрок может найти в Automata дружественных неигровых персонажей и мирные поселения с магазинами, где можно купить полезные предметы.