Spilleren skal kontrollere Mario som skal reise gjennom en rekke forskjellige områder, kjent som "Kingdoms" i spillet, for å redde prinsesse Peach fra Bowser - som ønsker å gifte seg med henne. I hvert kongerike i spillet må Mario lete etter og fjerne forskjellige mål for å oppnå gjenstander kjent som Power Moons, som er en kraftkilde til romskipet Odyssey, eller gir tilgang til nye kongeriker. Enkelte nivåer har områder som kalles "flate" soner, hvor Mario er plassert i et 2D-siderullende miljø som ligner på hans utseende i det opprinnelige Super Mario Bros.