In Meet the Robinsons neem je de rol aan van Wilbur Robinson in een actie-avontuur waar tijdreizen centraal staat. Je helpt Wilbur om de Bolhoedman en zijn robothoed Doris te stoppen in hun plannen om de toekomst te verpesten. Dit doe je door verschillende tijdslijnen te doorlopen, elke met eigen missies en uitdagingen.
Naast gevechten moet je puzzels oplossen om verder te komen. Onderweg vind je items en upgrades die je sterker maken, en je kunt ook minigames spelen voor extra uitdaging of beloningen.