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Le joueur fait équipe avec le capitaine Astro et se lance dans une quête pour sauver son équipage perdu dispersé dans 5 mondes et 20 niveaux[4]. Au total, il y a 212 robots à sauver. Dans un espace de réalité virtuelle, le joueur doit bouger son corps pour se pencher et voir au-delà des obstacles ou des parties du décor. Le contrôleur DualShock 4 est utilisé pour contrôler Astro, mais existe dans l'espace VR en tant que gadget virtuel pour aider Astro sur son chemin. Le jeu compte 20 étapes, 6 boss, 26 défis et une salle de collecte à bord du vaisseau d'Astro.
Le jeu a été développé par l'équipe Asobi de SIE Japan Studio. En raison d'une demande populaire et des commentaires de fans du mini-jeu appelé Robot Rescue dans The PlayRoom, SIE Japan Studio a décidé de créer un jeu complet basé sur le mini-jeu.
Astro Bot Rescue Mission a été développé en 18 mois par une équipe de 25 personnes. La musique a été composée par Kenneth C M Young.