New Super Mario Bros. Wii es un videojuego de plataformas de desplazamiento lateral 2.5D; aunque se desarrolla en 2D, la mayoría de los personajes y objetos del juego son representaciones poligonales en 3D sobre fondos en 2D.3 En el modo de un solo jugador, el jugador controla a Mario y debe completar varios niveles, que están llenos de elementos útiles y obstáculos dañinos. El jugador debe maniobrarlo hasta un gran asta de bandera al final de cada etapa para progresar.4 El juego se puede jugar con el Wiimote en posición horizontal o verticalmente con el Nunchuk conectado.5 Mario puede correr, saltar y realizar movimientos adicionales que regresan de New Super Mario Bros., como patadas en la pared, patadas en el suelo y saltos dobles y triples.6 New Super Mario Bros. Wii utiliza con frecuencia las funciones de control de movimiento del mando de Wii; el jugador puede agitar el controlador para realizar varias acciones diferentes, como un salto giratorio corto que mata a los enemigos, un giro en el aire que se puede usar para mantener el tiempo de aire y la capacidad de recoger, transportar y lanzar ciertos objetos.78 Ciertas áreas dentro de los niveles, como plataformas específicas, se pueden manipular parándose sobre ellas e inclinando el Wiimote. Ciertos niveles se establecen bajo el agua, donde el jugador debe nadar para atravesar el nivel.9