Nadat ze horen over een vreemd erfenisgeschil in de stad St. Mystere, reizen professor Layton en zijn jonge leerling, Luke, daarheen namens Lady Dahlia, die hun aanwezigheid heeft gevraagd om het probleem op te lossen. Het wordt echter al snel duidelijk dat St. Mystere behoorlijk vreemd is… alle stadsmensen lijken geobsedeerd te zijn door puzzels, en het fortuin van Baron Reinhold is niet het enige geheim dat de stad heeft verborgen…
Professor Layton and the Curious Village is een puzzelspel dat de werken van Akira Tago, auteur van de Japanse serie boeken over hoofdgymnastiek, als basis gebruikt. Als Layton en Luke verkennen spelers de stad St. Mystere scherm voor scherm. Elk scherm bevat puzzels, die ofwel verborgen zijn in het landschap of door met personages te praten. Wanneer ze een puzzel vinden, verandert het scherm en krijgt de speler de puzzel zelf te zien: de beschrijving van de puzzel op het bovenste scherm en de puzzel (en de plek om het antwoord in te voeren) op het onderste scherm. Sommige puzzels vereisen een simpele berekening, sommige hebben een trucantwoord, terwijl andere raadsels zijn. De selectie van puzzels is behoorlijk gevarieerd. Als de speler vastloopt, kan hij een hint kopen met ‘Hint Coins’. Deze zijn echter beperkt – er zijn er meer verborgen in de spelwereld, maar er is een vast aantal munten in het hele spel.
Professor Layton heeft een visuele stijl die lijkt op die van een aquarelschilderij. Hoewel het grootste deel van het spel niet veel animatie heeft, worden belangrijke verhaallijnen verteld in volledig geanimeerde en ingesproken scènes. Het spel gebruikte ook Nintendo Wi-Fi Connection om verbinding te maken met het internet en extra puzzels te downloaden die spelers moesten oplossen.