Monster Lab speelt zich af in Uncanny Valley, waar de slechte Baron Mharti met harde hand regeert. Als wetenschapper in opleiding moeten spelers een grote hoeveelheid ingewikkelde experimenten uitvoeren om hun eigen monster te creëren. In totaal zijn er meer dan 100 miljoen verschillende variaties die je kunt maken.

Met hun eigen monster kunnen spelers vervolgens het land verkennen, op zoek naar ingrediënten om nog meer monsteringrediënten te vinden. Bovendien zijn er andere monsters om mee te vechten, kunnen spelers opdrachten uitvoeren en vele minigames spelen.

De speler zal een leger van monsters moeten maken en alle gebieden overwinnen om een volwaardige wetenschapper te worden die Baron Mharti kan verslaan. In de multiplayermodus is het bovendien mogelijk te vechten tegen de monsters van vrienden en delen van monsters onderling te ruilen.