O jogo usa a base de plataforma 3D de Super Mario 64. O jogador controla Mario em fases temáticas, correndo, saltando, escalando, atacando e explorando os cenários para encontrar Power Stars. Cada fase é inspirada em um episódio da série e pode exigir acesso a áreas secretas, acionamento de botões ou superação de obstáculos. O progresso geralmente avança pela coleta de estrelas.

Aprenda primeiro o layout de cada fase, pois muitas estrelas ficam em locais altos, rotas alternativas ou passagens secretas. Use saltos longos, wall kicks e sequências de salto para se mover com mais eficiência. Em áreas com mecanismos ou botões, vale observar o padrão antes de agir. A câmera ajuda bastante a localizar caminhos escondidos e plataformas pequenas.