Сюжетная линия Katamari Damacy очень проста, всего с несколькими ответвлениями от единственной цели, заданной в начале игры. Несмотря на то, что показываемые время от времени видеоролики раскрывают сюжетную линию, большинство диалогов в игре представляют собой назидательные речи Короля Всего Космоса (англ. King of All Cosmos), в которых делается больший акцент на советы и юмористические комментарии, нежели на прямое развитие сюжетной линии. Сюжетная линия не объясняет множества особенностей и странностей игры. Эти необычные характеристики напоминают ранние годы компьютерного гейминга; Katamari Damacy по типу игровой философии похожа на ранние игры Spindizzy, Pac-Man или Jet Set Willy (в последней схож сюжетный приём), в которых из-за ограничений памяти предысторией и сюжетом игры пренебрегали в пользу игрового процесса.

Король Всего Космоса случайно уничтожает все звёзды во время попойки. В оригинальной японской версии игры явно даётся понять, что он был пьян, но в американской версии упоминается только то, что он затрудняется вспомнить, что с ним произошло. Он посылает своего сына, Принца (рост которого всего пять cантиметров), на Землю, чтобы собрать материал для восстановления галактики.

Чтобы собрать этот материал, Принцу даётся катамари, магический шар, к которому прилипает любой коснувшийся его объект, по размерам не превышающий шар (вместе с уже собранным). Принц перекатывает катамари по различной местности, стремясь сделать его достаточно большим, чтобы собранное могло послужить заменой для звезды. Изначально катамари может прицеплять к себе только мелкие предметы, например, муравьёв, монетки или чертёжные кнопки. По мере собирания каркаса из предметов, размер катамари увеличивается, что позволяет прицеплять всё бо́льшие по размеру предметы, такие как: фрукты, упаковки из-под молока, маленькие животные, дети, машины, дома, стадионы, небоскрёбы, радуги, облака, кашалоты. Единственный объект, который не прилепляется к катамари, это тот, кто его катает.

Дополнительно развиваемая в игре смежная история событий показывает, как выполнение миссий влияет на жителей Земли. Об этом становится известно из следующих за каждым уровнем видеороликов, которые показывают жизнь семьи Хосино. Внимание семьи сосредоточено на событиях, развивающихся вокруг главы семейства Томио, который, будучи космонавтом, отправился на Луну. В итоге экспедиция Томио отменяется из-за отсутствия Луны. В финальной миссии игры «Создание Луны» требуется скатать ком из большинства объектов Земли, включая злополучную семью, ракету Томио и остров, на котором она находится. После этого реконструкция Луны завершается, и в финальном видеоролике вся семья показана уже на Луне.

Katamari Damacy — серьёзный отход от традиционных жанров видеоигр. Игра отличается от большинства игр в приключенческом жанре и от компьютерных ролевых игр тем, что в игре нет кнопки атаки, нет игровых боссов и нет постепенно приобретаемых специальных движений. Однако, игра не попадает только в жанр логических игр типа Тетриса, так как в ней имеются диалоги, определённый сюжет и исследуемый мир, а не только абстрактная головоломка. В игре невозможен «game over», но если не уложиться в заявленные временные рамки, можно провалить миссию. Единственная постижимая опасность во время непосредственного игрового процесса исходит от двигающихся предметов и бегающих животных, в том случае, если они ещё слишком велики, чтобы быть «накрученными»; в худшем случае, при столкновении с ними, некоторые предметы просто отцепляются от катамари. Вызовом в игре являются ограничения во времени и опциональные задания, которые поощряют играть тот же самый уровень неоднократно, чтобы получить лучшие результаты. Пройти уровень с небольшим счётом очень легко, что делает «Katamari Damacy» чрезвычайно короткой игрой для тех, кто сосредоточен только на завершении уровней, а не на улучшении результатов.

Стиль оформления игры характеризуется бо́льшим стремлением к упрощению, нежели к реализму; из-за экономичного использования полигонов графика выглядит местами угловатой. Видеоролики оформлены похожим образом, всё изображается состоящим из простых фигур и напоминает детали конструктора Lego. Благодаря низкой детализации объектов, бо́льшее количество предметов может находиться на экране. Это касается также предметов, присоединённых к катамари, которые обрабатываются графическим движком как один объект, что исключает «торможение» игры.

Управление катамари осуществляется сразу двумя аналоговыми джойстиками на манер классической аркады Battlezone. Принц «накатывает» катамари на маленькие предметы, которые прицепляются и увеличивают размер катамари, что позволяет прицеплять ещё бо́льшие объекты. Сложность в прицеплении объектов не связана напрямую с массой или объёмом; каждый объект обладает определённым пороговым значением, только при превышении которого катамари может прицепить этот объект. Пороговые значения определяются не размером или весом объекта, а зависят от объёма ограничивающего его прямоугольника, невидимого куба, в который вписан объект. Иногда это противоречит здравому смыслу, например, открытый пляжный зонт сложнее прицепить, чем маленький автомобиль. Вытянутые, узкие предметы, такие, как карандаши, ограждения, фонарные столбы, с лёгкостью «накручиваются», даже если длина объекта значительно превышает диаметр катамари. Это может сделать вращение неуклюжим, поскольку высовывающийся из катамари объект будет приподнимать ком над поверхностью земли. Подобный дисбаланс исправляется путём прицепления новых предметов.

Когда катамари дорастает до определенных размеров, изменяемых от уровня к уровню по мере их достижения, изображение на экране расплывается на несколько секунд, и незначительно изменяется игровой процесс. Мир и его объекты становятся меньше относительно катамари, тем самым упрощая собирание объектов, но также уменьшая эффект влияния на размер катамари. Объекты, которые уменьшились настолько, что уже не могут влиять на размер катамари, просто исчезают из мира.