Цель Ubongo 3D — собрать самую ценную коллекцию драгоценных камней, для чего понадобится быстрее остальных решать головоломки с объёмными фигурами.

Игра длится девять раундов. Игроки решают, какую сторону игровых полей с головоломками использовать — простую или сложную, — а затем получают по одинаковому набору из девяти игровых полей. В начале каждого раунда бросается кубик, который задаёт текущую головоломку. Игроки берут соответствующие задаче фигуры и, перевернув песочные часы, начинают её решать — располагают 3 или 4 фигуры (в зависимости от выбранной сложности) на поле так, чтобы накрыть все белые клетки на обоих уровнях высоты. Успешно решив головоломку до того, как иссякнет песок в часах, игрок забирает из тканевого мешка случайный драгоценный камень. Кроме того, игрок, решивший головоломку первым, получает дополнительно синий сапфир, а вторым — коричневый янтарь.

Побеждает игрок, набравший во время игры самую ценную коллекцию камней. Красные рубины приносят по 4 очка каждый, синие сапфиры — по 3, зелёные изумруды — по 2, а коричневые камни янтаря — по 1.