百年に一度、星くずの恵みを祝う「星くず祭」の夜。突如現れたクッパによりピーチ姫は城ごとさらわれてしまう。宇宙のかなたへと飛ばされたマリオは、星の子「チコ」と謎めいた女性「ロゼッタ」と出会う。マリオはピーチ姫救出の手がかりを得るため、広大な宇宙へと冒険に旅立つ。

ポインター操作や振り操作など、Wiiのコントローラの特性を活かした独自の操作感が特徴。星を逆さまに走ったり、星々を飛び移ったりといった、「重力」をテーマにしたさまざまな遊びが体験できる。1Pをサポートするアシストプレイでは、2人で協力して冒険を進めることも可能で、本作ではJoy-Con™のおすそわけにも対応。