O céu noturno é dividido em 88 constelações. A partir delas, são formados os asterismos, padrões adicionais criados entre as estrelas. Em Astronots, os jogadores assumem o papel de cartógrafos celestes, mapeando o céu em um jogo do tipo roll-and-write para toda a família. Cada carta de Constelação e Asterismo apresenta informações sobre o padrão representado, proporcionando também uma experiência educativa.

No turno de cada jogador, todos os dados são lançados. Apenas o jogador da vez utiliza o dado maior para marcar uma estrela em sua folha. Todos os jogadores, incluindo o jogador ativo, escolhem entre os três dados menores: dois valores definem as coordenadas no mapa e o terceiro determina o valor de pesquisa.

As cartas de Constelação e Asterismo apresentam padrões específicos que devem ser desenhados na grade do jogador. Ao completar esses padrões, os jogadores recebem pontos de vitória e ações bônus.

Na área de pesquisa, um dado é utilizado a cada turno para desenvolver equipamentos e recursos de financiamento.

O número de rodadas varia de acordo com a quantidade de jogadores. Ao final da partida, a pontuação é calculada com base nas constelações e asterismos concluídos, além dos financiamentos desbloqueados na área de pesquisa.