Owlboy se describe como un juego 'hi-bit', un título con imágenes al estilo de 16 bits en el que puedes volar y explorar un mundo en las nubes. Owlboy necesita recoger amigos y traerlos mientras explora los cielos abiertos. También necesita superar obstáculos y enemigos mayores.
La aventura comienza en el pueblo de Vellie, una comunidad muy unida que se gana la vida en las islas flotantes. Otus y su mejor amigo Geddy tienen la tarea de patrullar en busca de piratas del cielo, pero se lanzan para atrapar a un extraño alborotador que se ríe. El dúo tropieza con una cueva olvidada llena de antiguos misterios de búhos. Después de que el rastro se enfría y los dos regresan a casa, el pueblo está plagado de piratas del cielo. La gente está conmocionada, pero parece que los piratas estaban preocupados por otra cosa y por la ciudad capital de Advent. Asio (el mentor de Otus) les pide a los dos que se apresuren e intenten un plan para detener a los piratas.
Juegas como Otus, un búho mudo que se ve envuelto en el papel de proteger a sus amigos y familiares de los piratas. No puede luchar por sí mismo, por lo que confía en sus amigos que están listos para luchar por él. Usando una antigua y misteriosa reliquia de búho, los artilleros pueden teletransportarse a las manos del jugador en una instancia. Usando el controlador, el juego se juega de manera similar a un tirador de dos palos. De lo contrario, controla a Otus con el teclado y apunta con el mouse.
La jugabilidad recuerda a las franquicias clásicas como Metroid, Zelda, Wonderboy, Kid Icarus y Kirby. El juego es tanto una carta de amor a los juegos clásicos como algo nuevo y moderno debido a la exploración abierta.