Alors qu'ils tentent de réparer une canalisation souterraine, Mario et son frère Luigi, tous deux plombiers à Brooklyn, se retrouvent plongés dans un nouvel univers féerique à travers un mystérieux conduit. Mais lorsque les deux frères sont séparés, Mario s'engage dans une aventure trépidante pour retrouver Luigi. Il va pouvoir compter sur l'aide du champignon Toad et de la Princesse Peach, guerrière déterminée !

À peine installés au Royaume Champignon, un mystérieux appel à l'aide va pousser Mario et Luigi à reprendre du service et plonger dans les zones d'ombre du passé de la princesse Peach. Une mission qui va propulser nos héros et leur nouvelle constellation d'amis, très loin de chez eux, à travers un périple intergalactique, à la découverte de nouveaux mondes où se forgeront des alliances pour le moins inattendues.