В Mario Kart Wii игроки выбирают персонажа из списка, включающего до 24 персонажей и 36 автомобилей. Машины делятся на три различные весовые категории. Вес персонажа определяет доступные типы картов и мотоциклов, а также их характеристики на трассах. Каждый автомобиль имеет семь различных параметров характеристик: скорость, вес, ускорение, управляемость, дрифт, бездорожье и мини-турбо. В Mario Kart Wii 32 различных трассы, в том числе 16 новых, по четыре трассы из Mario Kart 64, Mario Kart: Double Dash!!! и Mario Kart DS и по две из Super Mario Kart и Mario Kart: Super Circuit. Кроме того, в гонке могут участвовать до двенадцати персонажей. Игроки получают предметы, проезжая через ящики с предметами, которые можно использовать для защиты, нападения или для питания двигателя. Появляются новые предметы из игр на платформе Mario, например, "Мега-гриб" из New Super Mario Bros. Он позволяет персонажу вырасти очень большого размера и расплющить других игроков. "POW BLOCK" из Mario Bros. позволяет персонажу посылать ударную волну во всех игроков перед ним, вращая их и заставляя их терять все предметы, которые они могут нести (однако, это не влияет на тех, кто находится в воздухе). Одним из новых предметов в серии является "Облако молний", которое ненадолго повышает максимальную скорость пользователя, но уменьшает его, если не передать его противнику, столкнувшись с ним.
В Mario Kart Wii есть 24 персонажа Nintendo, которых можно выбрать, что больше, чем в любой другой игре про Марио. Кроме того, есть 12 различных видов (3 весовые категории, 2 пола, 2 наряда) Mii, цифрового аватара, созданного Nintendo. Двенадцать персонажей доступны с самого начала; остальные двенадцать и два варианта Mii становятся доступны после завершения определенных элементов игры. В игре 19 персонажей, вернувшихся из серии, и шесть новых персонажей: малышка Пич, Фанки Конг, созданные пользователями Miis, Розалина, сухой Боузер и малышка Дейзи. В каждой весовой категории есть восемь персонажей. Весовая категория Mii зависит от его роста и веса (это можно настроить в Mii Channel), любимый цвет меняет цветовую гамму его одежды, а пол - цветовую гамму его автомобиля.