Під час прогулянки Грибним королівством Маріо, Жаба, Піч і Луїджі натикаються на одну з численних зелених труб, але особливу. З неї виходить фея, яку, як вони дізнаються, звуть принцеса Спріксі. Але за нею женеться Боузер: він викрадає її і зникає через трубу. Маріо і його друзі не можуть не стрибнути в трубу, і вони опиняються в королівстві Спрінсі, де їм належить врятувати принцесу.
У Super Mario 3D World рівні чергують вільне переміщення в тривимірному середовищі з двовимірними платформними діями, дотримуючись манери попередніх ігор 3D Mario.
Режими гри
Гра може бути однокористувацькою або багатокористувацькою, кооперативною або вільною, до 4 гравців. Доступний список персонажів складається з Маріо, Луїджі, Піч, Тоада. Кожен із них має різну статистику за часом спринту, швидкістю бігу, висотою стрибка: Луїджі традиційно може досягати стрибками тих місць, які інші не можуть подолати, Жаба - найшвидший з усіх, але ледве може стрибати, Персик - доволі повільний, але може ширяти в повітрі, долаючи прірви, що заважають решті, Маріо - середній за всіма навичками. Деякі завдання можуть бути вирішені з більшою легкістю або тільки завдяки тому, що один персонаж виконує інше.
Особливості
Елементи, характерні для ігор Super Mario, такі як монети, магічні або приховані зірки, необхідні для досягнення нових рівнів, тут присутні. Новинкою є приховані марки, у кількості однієї на рівень, для використання під час надсилання повідомлень у Miiverse. Підсилювачі рівною мірою використовуються Маріо, Луїджі, Піч і Жабою. Серед них є і старі класичні, як-от зірка непереможності та костюм Танукі, і сучасні, як-от Мега Гриб і Квітка Бумеранга, і нові: Супер Дзвіночок - це костюм кішки: він надає більше атакувальних здібностей, швидкість бігу й спритність під час лазіння по стінах, і відіграє важливу роль у грі. Подвійна вишня створює клон аватара, що подвоює можливості атаки (можна використовувати до 4 подвійних вишень, в сумі 4 клони). Маска Goomba Mask дає змогу пройти рівень непоміченим для ворогів. Є також предмети, такі як Propeller Box, що дає змогу певний час літати повітрям, і Skate Shoe, що полегшує пересування персонажа крижаними ділянками. Персонажі починають рівні в статусі Super Mario: під час потрапляння в них вони знижуються до стандартного статусу і розміру Маріо; з іншого боку, вони можуть стати величезними завдяки Mega Mushroom.
Геймплей
Геймплей робить наголос на багатокористувацьку гру, продовжуючи тенденцію, розпочату в New Super Mario Bros. U. Гравці можуть змагатися в тому, хто першим досягне фінішу рівня, або об'єднатися для подолання ворогів і головоломок. Крім основних рівнів, у грі є рівні-головоломки - рівні капітана Тоада - і міні-завдання - рівні "Таємні будинки" -.
Різні можливості керування
Грою можна керувати за допомогою GamePad або, як альтернатива, за допомогою Wii U Pro Controller, Wii Remote і Nunchuk, Wii Classic Controller і Wii Remote, кожен із варіантів змінює геймплей у бік інноваційного або старого стилю.