Bowser to spravil znovu, ale trošku inak. Sedem Koopalingov, jeho detí, obsadili sedem kráľovstiev. V každom sa zmocnili kúzelného prútika a premenili kráľov na zvieratá. Princezná Toadstool to nemôže nechať len tak a posiela bratov, Maria a Luigiho, na záchrannú výpravu do obsadených kráľovstiev.
Tentokrát sa ujímate len Maria alebo Luigiho, no do vienka sú vám dané nové power-upy. Super list a rôzne zvieracie obleky umožnia Mariovi efektívnejšie útočiť, ľahšie plávať alebo dokonca lietať. Power-upy si je možné uschovať aj na neskôr. Novinkou je overworld mapa, v ktorej sa orientujete v kráľovstvách a snažíte sa dostať do hradu. Na ceste sú potom roztrúsené klasické levely. V nich je ďalšou novou mechanikou skĺznuť po šikmých plochách a získať tak ešte vyššiu rýchlosť na prekonanie prekážok.
Ikonický Raccoon oblek
Shigeru Miyamoto, teraz už nielen programátor, ale aj režisér hry, nechával svojmu tímu voľnú ruku pri implementovaní nových nápadov. Zastával názor, že takéto inovácie posúvajú hry dopredu. Jeden z takých nápadov bolo spraviť hru izometrickú, ale vývojárom bolo ťažké zapracovať presne mierené skoky do takéhoto formátu a vrátili sa radšej k osvedčenej 2D plošinovke. Ďalším takým návrhom bolo dať Mariovi kentaurý oblek, ale zmenili to radšej na medvedíka čistotného a tanukiho, ktoré boli aj ľahšie na dizajn, aj sa viac hodili k postave Maria.
Niektorí noví záporáci boli inšpirovaní skutočnými udalosťami, ktoré si vývojári zažili. Koopalingovia, Bowserové deti, zas majú charakterové črty programátorského tímu, ktorému chcel takýmto spôsobom vzdať Shigeru česť za ich snahu a prácu. Americké Nintendo potom tieto postavy dodatočne pomenovali podľa známych hudobníkov ako napríklad Ludwig von Koopa, ktorý dostal svoje meno po kom inom, než Beethovenovi.
Hra v Japonsku vyšla v roku 1988, ale v Amerike sa vtedy pripravoval ešte len druhý diel. Nintendu sa však naskytla príležitosť odpromovať svoju novú hru v chystanom filme. Štúdio Universal prišlo za Nintendom s návrhom filmu, ktorý bol inšpirovaný hernými súťažami poriadané práve Nintendom, a požiadali ich o práva na niektoré hry, aby ich mohli použiť vo filme. Z jednou z hier bol aj Super Mario Bros. 3. Film The Wizard vyšiel v roku 1989 a slúžil ako reklama pre Nintendo, ktorý hru vydal v Amerike o rok neskôr.