Depois de terem frustrado o plano anterior de Bowser de se casar com a Princesa Peach, Mario e Luigi enfrentam agora uma nova ameaça: Bowser Jr., determinado a libertar o seu pai do cativeiro e a restaurar o legado da família. Ao lado de novos e antigos companheiros, os irmãos viajam pelas estrelas para impedir a cruzada do jovem herdeiro.