超级马里奥3D世界的角色设定

本带作品的可用角色包括马里奥、路易、奇诺比奥、碧奇公主以及Rosalina公主。每位角色都拥有不同的特征，比如碧奇公主可以在空中漂浮一段时间，但跑步速度较慢，而奇诺比奥的速度则非常快，马里奥各属性平均，路易基跳跃能力较好 。在完成特定关卡后可以解锁新人物。

作为一个3D马里奥游戏，《超级马里奥3D世界》自然少不了怀旧元素。本作的4名初始角色与1988年在NES上发售的《超级马里奥兄弟2 USA》相同，部分关卡中也出现了NES《超级马里奥兄弟》中的方块马里奥和《塞尔达Ⅰ》的主角林克，关卡中会潜藏着一个NES《超级马里奥兄弟》中2P玩家 路易基的彩蛋，以庆祝“路易基年”。当你拥有新超级路易基U的存档时，你可以玩到FC《马里奥兄弟》的改版：《路易基兄弟》，来自《超级马里奥兄弟2 USA》的道具 樱桃和DS《新超级马里奥兄弟DS》的巨大蘑菇也重现在了本作。