Čeprav je New Super Mario Bros. Wii 2D platformna videoigra, so nekateri liki in predmeti 3D poligonske upodobitve na 2D ozadju, kar daje 2,5D učinek (viden tudi v New Super Mario Bros. ), ki vizualno simulira 3D računalniško grafiko. Igralci lahko igrajo kot Mario, njegov brat Luigi ali dva lika Toad: modri in rumeni (prvi igralec je vedno Mario). Upravljanje je podobno kot v igri New Super Mario Bros. , dodane pa so možnosti vrtenja v zraku s tresenjem daljinca Wii Remote ter pobiranja, prenašanja in metanja drugih igralcev. V načinu za več igralcev lahko hkrati igrajo do štirje igralci. Če igralni lik izgubi življenje in ima v rezervi vsaj eno življenje, se ponovno pojavi zaprt v mehurčku in lahko nadaljuje igro, ko ga drug igralec osvobodi z dotikom mehurčka ali ognjene/ledene krogle (igralec lahko s tresenjem daljinca Wii Remote svoj mehurček približa aktivnemu igralcu, vendar se ne more osvoboditi). Če igralec izgubi življenje in nima več življenj, mora uporabiti nadaljevanje, da začne znova s petimi življenji. Igralci se lahko tudi zaprejo v mehurček, tako da pritisnejo gumb A, medtem ko bolj spreten igralec prečka zahteven odsek. Če vsi liki v seji sodelovanja hkrati vstopijo v mehurčke (zaradi smrti ali pritiska na gumb A), je stopnja izgubljena in jo je treba začeti znova.
Če v načinu za več igralcev eden ali več igralcev ne dohiteva vodilnega igralca, se na nekaterih ravneh pogled nekoliko odmakne, tako da so igralci v ozadju še vedno vidni. Če igralca še vedno ne dohitita, se povlečeta za rob zaslona, dokler se ne premakneta hitreje naprej ali izgubita življenje zaradi padca ali drugega predmeta. Če en igralec vstopi v cev, spleza po trti, zgrabi drog na koncu faze itd. brez drugih, se drugi igralci po kratkem času prestavijo na isto mesto ali pa imajo omejen čas, da zgrabijo drog, preden se proga konča. Na progah z navpičnim premikanjem, če ostanete pod zaslonom, izgubite življenje. Na zemljevidu sveta Mario (igralec 1) upravlja navigacijo.
Igralci se vrnejo na zaslon z zemljevidom, če jim zmanjka življenj ali če vsi igralci hkrati izgubijo življenja in jih nihče ne more osvoboditi. Na večini ravni je na sredini poti zastava, ki se ob dotiku vrne na to točko, ko igralec umre in se vrne na zaslon z zemljevidom. Stopnja se konča, če se vsaj en igralec dotakne cilja na koncu, vendar se bonus dodeli, če vsi igralci uspejo prijeti zastavo v treh sekundah, odkar jo je prijel prvi igralec. Na nekaj stopnjah je poleg običajnega cilja in droga za zastavo tudi alternativni izhod, ki vodi do droga za rdečo zastavo. Doseganje tega cilja odpre novo pot na zemljevidu, ki vodi do novih stopenj na zemljevidu nadzemnega sveta in občasno do warp topa (ki igralca izstreli v drug svet). Igra nima spletnega večigralstva. V načinu za enega igralca se ob izgubi življenja igralec vrne na zaslon z zemljevidom.
Poleg običajnih predmetov iz serije Mario in mini gobe iz igre New Super Mario Bros. so bili dodani novi predmeti: goba s propelerjem, ki igralcem omogoča letenje, ledeni cvet, ki igralcem omogoča zamrznitev sovražnikov s snežnimi kroglami, in obleka pingvina, ki poleg sposobnosti ledenega cveta igralcem omogoča drsenje po tleh in vodi ter boljši nadzor na ledu in v vodi. Igralci lahko tudi jahajo na Yoshiju, ki se pojavi v nekaterih stopnjah in lahko pogoltne sovražnike ter leti po zraku. Do vseh ravni lahko dostopate prek zaslona z zemljevidom, po katerem se pogosto sprehajajo sovražniki. Če igralec med potovanjem po zemljevidu naleti na enega od njih, se začne boj z "mini šefi"; če je v boju uspešen, si lahko prisluži tri dodatne super gobe. Na voljo so tudi žabje hiše, v katerih lahko igralci zaslužijo dodatna življenja in predmete, ki jih lahko opremijo na zaslonu zemljevida. Na nekaterih točkah se bo na eni od predhodno dokončanih stopenj pojavil ujet žabec in igralec se lahko odloči, da ga reši iz bloka in ga varno odnese do konca stopnje ter si tako prisluži dodatna življenja (to lahko stori le en igralec). Na vsaki stopnji so skriti trije zvezdni kovanci, ki jih je mogoče porabiti za filme z namigi, ki prikazujejo določene skrivnosti, na primer lokacijo skrivnega cilja ali način pridobivanja neskončnih 1-upov. Z zbiranjem vseh kovancev zvezdic v svetu se odklene ena igra iz skrivnega sveta 9, ki jo je mogoče igrati šele po koncu glavne igre.
Načini igre
Igra vključuje možnost hkratnega večigralskega igranja do štirih igralcev. Poleg glavnega načina zgodbe, ki ga lahko igrate v načinu za enega ali več igralcev, sta na voljo tudi dva posebna načina za več igralcev. V načinu "Free-for-All Mode" se igralci na koncu vsake proge razvrstijo glede na število točk, kovancev in ubitih sovražnikov, v drugem načinu, "Coin Battle", pa se igralci razvrstijo glede na število zbranih kovancev.
Nadzorne sheme
Igro lahko igrate v klasičnem načinu z vodoravno držanim daljincem Wii Remote ali v načinu z Nunchukom. Nunchuk se uporablja za premikanje. Nekatera dejanja, kot so skoki in napadi, se izvajajo z gumbi, druga, kot sta vrtenje v zraku in pobiranje drugih igralcev, pa s tresenjem daljinca Wii Remote. Določena območja ravni, kot so določene ploščadi, lahko upravljate tudi z nagibanjem daljinca Wii Remote.
Super vodnik
Igra je prva igra za Wii, ki vključuje "Super Guide", nov sistem, ki ga je zasnoval ustvarjalec Maria Shigeru Miyamoto. Če igralec v načinu za enega igralca osemkrat zapored umre na kateri koli stopnji, se prikaže zeleni blok "!", ki računalniško vodenemu Luigiju omogoči, da igralcu pokaže varno pot skozi stopnjo. Igralec lahko kadar koli prekine vodenje in prevzame nadzor. Ko jo Luigi opravi, ima igralec možnost, da znova poskusi z nivojem ali pa ga v celoti preskoči. Vendar Luigi ne bo razkril lokacij zvezdnih kovancev ali skrivnih izhodov. Različica te metode je uporabljena v igri Super Mario Galaxy 2, kjer se imenuje "Kozmični vodnik". Druga različica je v igri Donkey Kong Country Returns, kjer je prav tako znana kot "Super Guide".
