Super Mario 3D World é um jogo de ação de plataforma 3D para o Wii U e uma continuação do jogo para Nintendo 3DS Super Mario 3D Land. O jogo se baseia na parcela anterior, seguindo uma convenção semelhante de design de nível 3D inspirada nos títulos de plataforma 2D, onde os jogadores devem navegar por um nível de design linear dentro de um limite de tempo para alcançar o Polo de Meta de um nível. Um aspecto fundamental introduzido neste título é o multiplayer simultâneo: embora não seja o primeiro jogo da série a fazê-lo, é o primeiro título 3D da série Mario a incorporar até quatro jogadores cooperando entre si para alcançar o objetivo. Os jogadores podem selecionar seu personagem de um grupo de personagens jogáveis antes de iniciar o jogo, e cada um desses personagens tem seu próprio estilo de jogo único que lhes dá vantagens e desvantagens em relação a outros personagens. O jogo faz uso de vários recursos exclusivos do Wii U, como tocar em blocos com a tela sensível ao toque no GamePad e soprar no microfone para revelar itens escondidos e afastar inimigos. Vários novos power-ups são introduzidos neste título, com o traje de marca registrada sendo o power-up Cat, que permite que os personagens realizem um ataque corpo a corpo, escalem paredes e pulem enquanto estiverem no ar, bem como o jogo geralmente tendo um tema baseado em gato.

Ao dar um passeio no Reino dos Cogumelos, Mario, Sapo e Pêssego, e Luigi acontecem em um dos muitos canos verdes, mas um especial. Uma fada, que eles aprenderão que é a Princesa Sprixie, aparece. Bowser está perseguindo-a, porém: ele a sequestra e desaparece pelo cano. Mario e seus amigos não podem deixar de pular prontamente no cano, e eles se encontram no Reino Sprinxie, encarregados de resgatar a princesa.