Mario, Luigi și prietenii lor sărbătoresc, în Regatul Ciupercilor, Festivalul Stelelor, un eveniment cosmic care luminează cerul cu comete și stele magice. Sărbătoarea este însă întreruptă brutal când Bowser atacă din nou și o răpește pe Princess Peach.
Pentru a o salva, Mario pornește într-o aventură prin galaxie, ajutat de fratele său Luigi, de Toad și de misterioasa gardiană cosmică Rosalina, care îi ghidează prin univers alături de micile creaturi stelare numite Lumas.