Това е историята на Марио, който се отправя на едно голямо 3D приключение. Той използва новите си умения, за да събере достатъчно Moons и да задвижи своя въздушен кораб, Odyssey. Целта му е да спаси принцеса Пийч и да я избави от злия Баузър, който иска да я вземе за жена. Това е първото 3D приключение на Марио от 1997 година, когато излезе любимата на всички игра Super Mario 64, и от 2002 година, когато излезе класиката на Nintendo GameCube, Super Mario Sunshine. В това ново тримерно заглавие, Марио ще открие много тайни и изненади, а новите му умения и шапка ще му предоставят забавни моменти и нови усещания, които не е срещал в предишни Super Mario игри. Той ще посети странни и невероятни нови места, далеч от Mushroom кралството. Ще изследва огромни градове и местности, пълни с изненади, като различни костюми за Марио, превозни средства, тайни нива и зони, където може да играе като Pixel Mario. С помощта на новия си приятел, Капи, Марио ще научи много нови умения като "cap throw", "cap jump" и "capture". Най-необичайното от тях е "capture", което му позволява да контролира различни неща, включително предмети и противници. Той ще посети забележителни нови места като New Donk City, пълна с небостъргачи, където ще срещне стари познайници.