Super Mario 3D World est un jeu d'action en plateforme 3D pour la Wii U, et un suivi de la terration 3D Super Mario 3D de Nintendo 3DS TPITEMENTS Super Mario. Le jeu s'appuie sur l'état précédent, suivant une convention de conception de niveau 3D similaire inspirée des titres de plateforme 2D où les joueurs doivent naviguer à travers un niveau conçu linéaire dans un délai pour atteindre le poteau de but d'un niveau. Un aspect clé introduit dans ce titre est le multijoueur simultané: bien que ce ne soit pas le premier jeu de la série à le faire, c'est le premier titre 3D de la série Mario à intégrer jusqu'à quatre joueurs en coopération les uns avec les autres pour atteindre le but. Les joueurs peuvent sélectionner leur personnage dans un pool de personnages jouables avant de commencer le jeu, et chacun de ces personnages a son propre style de jeu unique qui leur donne des avantages et des inconvénients sur d'autres personnages. Le jeu utilise plusieurs fonctionnalités exclusives de Wii U, telles que taper des blocs avec l'écran tactile sur le GamePad et souffler dans le micro pour révéler des objets cachés et souffler des ennemis. Diverses nouvelles power-ups sont introduites dans ce titre, le costume de marque étant la mise sous tension du chat, ce qui permet aux personnages d'effectuer une attaque de mêlée, de grimper les murs et de sauter pendant que les airs, ainsi que le jeu ayant généralement un thème basé sur un chat.