El bien viajado Mario se embarca en su aventura más llamativa visualmente hasta la fecha, una que encuentra al fontanero mustachioed corriendo, saltando, y volando a través de reinos 3D por primera vez. Aunque el argumento no sorprenda a jugadores veteranos, la princesa Peach ha sido secuestrada nuevamente por el enemigo de Mario, Bowser. El esquema de control y la mecánica de juego ofrecen una nueva versión de la serie de plataformas más vendidas. El controlador distintivo de la Nintendo 64 permite a Mario andar de puntillas, camina y corre simplemente variando la presión en el stick analógico. Los botones amarillos controlan la cámara, mientras que otros inician saltos triples, retrocesos, libras de tierra y más. Mario puede incluso oscilar y lanza a los personajes de jefe grande girando el palo analógico después de agarrarlos. Los 15 mundos principales de Super Mario 64 están enlazados desde el castillo de Peach. Mientras exploran los salones sagrados y las habitaciones reales, los jugadores encontrarán pinturas que llevarán a ambientes nuevos y variados. Desde los reinos llenos de nieve y lava hasta lagunas y desiertos, cada mundo alberga siete estrellas de oro que Mario debe recoger para desbloquear áreas adicionales en el castillo. Los jugadores completarán un surtido de tareas para adquirir las 120 estrellas, desde la localización de ocho monedas rojas hasta las carreras de un pingüino gigante. Los enemigos familiares como los goombas, koopas y chomps de cadena aparecerán esporádicamente en cada área, permitiendo a Mario perfeccionar su rebote de butt patentado. El objetivo final es encontrar y derrota a Bowser en una serie de tres enfrentamientos uno-a-uno.