In Mario Kart Wii, i giocatori scelgono un personaggio da un roster che ha fino a 24 personaggi e da 36 auto. Le auto sono classificate in tre diverse classi di peso. Il peso di un personaggio decide i tipi di kart e moto disponibili e le loro prestazioni sulle piste. Ogni auto ha sette diversi parametri per le caratteristiche: velocità, peso, accelerazione, maneggevolezza, derapata, fuoristrada e mini-turbo. Mario Kart Wii ha 32 piste diverse, con 16 nuove piste, quattro piste da Mario Kart 64, Mario Kart: Double Dash!! e Mario Kart DS, e due da Super Mario Kart e Mario Kart: Super Circuit. Inoltre, fino a dodici personaggi possono giocare in una gara. I giocatori ottengono oggetti guidando attraverso le caselle degli oggetti, che possono essere utilizzati per la difesa, l'attacco o per potenziare il motore. Vengono introdotti nuovi oggetti dai giochi di piattaforma di Mario, come il "Mega Mushroom" di New Super Mario Bros. Permette al personaggio di crescere di dimensioni molto grandi e di appiattire gli altri giocatori. Il "POW BLOCK" da Mario Bros. permette al personaggio di inviare un'onda d'urto a tutti i giocatori di fronte a lui, facendoli girare fuori controllo e facendo cadere gli oggetti che possono portare (non c'è effetto, tuttavia, su coloro che sono in volo). Una novità della serie è la "Lightning Cloud", che aumenta brevemente la velocità massima dell'utente, ma lo rimpicciolisce se non viene trasmessa a un avversario scontrandosi con lui.
Mario Kart Wii ha 24 personaggi Nintendo selezionabili, più di qualsiasi altro gioco di Mario. Oltre a questo, ci sono 12 tipi diversi (3 classi di peso, 2 generi, 2 abiti) del Mii, l'avatar digitale realizzato da Nintendo. Dodici personaggi sono disponibili fin dall'inizio; gli altri dodici e le due varianti Mii diventano disponibili dopo aver finito alcuni elementi del gioco. Il cast di personaggi ha 19 personaggi di ritorno dalla serie e sei nuovi personaggi: Baby Peach, Funky Kong, Mii creati dall'utente, Rosalina, Dry Bowser e Baby Daisy. Ci sono otto personaggi per ogni classe di peso. La classe di peso del Mii dipende dalla sua altezza e dal suo peso (questo può essere personalizzato nel Canale Mii), e il suo colore preferito cambia la combinazione di colori del suo abbigliamento, mentre il sesso cambia la combinazione di colori delle loro auto.
