故事從庫巴自企鵝王國奪取無敵星星開始。瑪莉歐與路易吉在紐約市布魯克林區創業，開設一家管道疏通公司。兩人聽聞紐約市出現大規模水管爆裂後前去維修，瑪莉歐卻被傳送到蘑菇王國；路易吉則被傳送到暗黑之國遭到俘虜。此時碧姬公主正準備前往森林王國請求兵援，以阻止庫巴的進攻。
在森林王國，國王表示如果能擊敗他的兒子咚奇剛，就派兵援助蘑菇王國。瑪莉歐最終變身成貓咪瑪莉歐後獲得勝利。然而返回蘑菇王國途中，被庫巴率領的兵團埋伏，金剛軍團全軍覆沒。回到蘑菇王國的碧姬公主在庫巴的威脅下同意婚事。在婚禮上，碧姬公主利用奇諾比奧偷藏的冰之花將庫巴凍住。
庫巴掙脫之後發射了一顆大砲彈刺客，瑪莉歐則將它引入了來到蘑菇王國的管道。一陣爆炸之中，整個蘑菇王國、瑪莉歐和庫巴等人都被傳到了布魯克林，最終瑪利歐和路易吉利用庫巴的無敵星變身無敵，輕鬆擊敗了庫巴的軍團、打倒了庫巴。作為懲罰，碧姬公主把迷你蘑菇餵給庫巴，然後奇諾比奧將體型縮小後的庫巴關進了玻璃瓶當中。
片尾彩蛋中，一顆有著綠色波點的神秘巨蛋突然出現一道裂縫，蛋裡傳來一聲耀西的叫聲。
非常直線條的一部戲，充滿了瑪利歐的各種彩蛋，不僅僅是角色戲份、無敵星星、吃蘑菇（但我看了才知道原來瑪利歐討厭蘑菇）。還有瑪利歐賽車、可以變身成其他動物的道具等等～
不過看完覺得瑪利歐好廢 XDDD。
庫巴監獄的厭世小精靈，名叫 Lumalee，出自於 2007 年《超級瑪利歐銀河》，是其中的道具店主。