No Mario Kart Wii, os jogadores escolhem um personagem de uma lista com até 24 personagens e de 36 carros. Os carros são classificados em três classes de peso diferentes. O peso de um personagem decide os tipos disponíveis de karts e motocicletas, e seu desempenho nas pistas. Cada carro tem sete parâmetros diferentes para as características: velocidade, peso, aceleração, manejo, deriva, fora-de-estrada e mini-turbo. O Mario Kart Wii tem 32 pistas diferentes, tendo 16 novas pistas, quatro pistas cada uma do Mario Kart 64, Mario Kart: Double Dash!! e Mario Kart DS, e duas de Super Mario Kart e Mario Kart: Super Circuito. Além disso, até doze personagens podem jogar em uma corrida. Os jogadores conseguem itens dirigindo através de caixas de itens, que podem ser usadas tanto para defesa, ataque ou para ligar o motor. Novos itens dos jogos de plataforma Mario são introduzidos, como o "Mega Mushroom" do New Super Mario Bros. Ele permite que o personagem cresça muito em tamanho e achate outros jogadores. O "POW BLOCK" de Mario Bros. permite que o personagem envie uma onda de choque a todos os jogadores à sua frente, girando-os fora de controle e fazendo-os largar quaisquer itens que possam estar carregando (não há efeito, entretanto, sobre aqueles que estão no ar). Um novo item da série é a "Nuvem Relâmpago", que aumenta brevemente a velocidade máxima do usuário, mas diminui o usuário se não for passado para um adversário, colidindo com ele.
Mario Kart Wii tem 24 personagens Nintendo selecionáveis, mais do que qualquer um dos outros jogos Mario. Além disso, existem 12 tipos diferentes (3 classes de peso, 2 gêneros, 2 roupas) do Mii, o avatar digital feito pela Nintendo. Doze personagens estão disponíveis desde o início; os outros doze e as duas variantes do Mii ficam disponíveis após o término de certos elementos do jogo. O elenco de personagens tem 19 personagens retornando da série e seis novos personagens; Baby Peach, Funky Kong, Miis criados pelo usuário, Rosalina, Dry Bowser, e Baby Daisy. Há oito personagens de cada classe de peso. A classe de peso do Mii depende de sua altura e peso (isso pode ser personalizado no Canal Mii), e sua cor favorita muda o esquema de cores de suas roupas, enquanto o gênero muda o esquema de cores de seus carros.
