Kongen av alt kosmos ødela ved et uhell stjernene og – etter å ha kommet seg – vil at prinsen skal gjenoppbygge dem. Dessverre er prinsen litt mindre enn en halv fot høy, så å gjenskape stjernene vil kreve litt innsats. Gå inn i Katamari, en sfære prinsen kan presse rundt i verden for å "rulle sammen" gjenstander som øker Katamariens størrelse til den passer for kongen. Prinsen finner sted i stiliserte versjoner av japanske hus, byer og omegn, og skyver katamariene rundt og samler gjenstander som fester seg til den. Først kan prinsen bare plukke opp mindre gjenstander, men etter hvert som Katamari vokser, jo mer kan den samle inn. Trykknåler og binders klamrer seg til Katamari og øker størrelsen slik at den kan rulle over hindringer og plukke opp større gjenstander. Over mange nivåer kan Katamari til slutt plukke opp mennesker, biler og andre større gjenstander. Spillere styrer Katamari fra et tredjepersonsperspektiv ved å bruke de analoge spakene på PS2. En veiledningsfase tar spilleren gjennom kontrollene og setter opp historien, samt introduserer en sidehistorie om en japansk jente som kan føle kosmos. Kongen ønsker å utfordre prinsen, og stiller krav til Katamaris størrelse og setter tidsbegrensninger på nivået. Bonusoppdrag gjenoppretter konstellasjoner og har sine egne begrensninger. Katamari Damacys verden vekkes til live med off-beat animasjon og et fengende lydspor. Spillere kan finne gaver skjult i nivåene som inneholder tilbehør til prinsen. To spillere kan også kjempe mot hverandre i en Katamari-konkurranse.