Super Mario 3D World er et 3D-plattformspill for Wii U, og en oppfølging av Nintendo 3DS-avdraget Super Mario 3D Land. Spillet bygger på den forrige delen, etter en lignende 3D-nivådesignkonvensjon inspirert fra 2D-plattformspillene der spillere må navigere gjennom et lineært designet nivå innen en tidsgrense for å nå et nivås målpol. Et nøkkelaspekt introdusert i denne tittelen er den samtidige flerspilleren: Selv om det ikke er det første spillet i serien som gjør det, er det den første 3D-tittelen i Mario-serien som inkluderer opptil fire spillere som samarbeider med hverandre for å nå målet. Spillere kan velge karakterene sine fra en pool av spillbare karakterer før de starter spillet, og hver av disse karakterene har sin egen unike spillestil som gir dem fordeler og ulemper i forhold til andre karakterer. Spillet bruker flere eksklusive Wii U-funksjoner, som å trykke på blokker med berøringsskjermen på GamePad og å blåse inn i mikrofonen for å avsløre skjulte gjenstander og blåse bort fiender. Ulike nye power-ups er introdusert i denne tittelen, med varemerkedrakten som Cat power-up, som lar karakterer utføre et nærkampangrep, klatre opp vegger og hoppe i luften, i tillegg til at spillet generelt har et kattbasert tema.