تتبع اللعبة البطل ماريو في السعي لانقاذ الأميرة بيتش من باوزر، الخصم الرئيسي في اللعبة. مستويات اللعبة هي مجرات مليئة بعلائم وكواكب صغيرة، في حين أن اللعب قد جرى استكماله مع تأثرات جاذبية وقوات ناشئة جديدة.
يقام مهرجان النجوم المئوي لمشاهدة مذنب في مملكة الفطر. في ليلة مهرجان النجوم ، تكتشف الأميرة بيتش مخلوقًا على شكل نجمة يسمى لوما وتدعو ماريو ليأتي إلى المهرجان لرؤية لوما التي اكتشفتها. وبمجرد وصول ماريو إلى المدينة ، يغزو باوزر مملكة الفطر في أسطول من السفن الهوائية ، ويلقي القاذورات على المناظر الطبيعية بالكرات النارية ويحجر مواطنيها في البلورات. يدعو إلى إنشائه لمجرفته ويزيل قلعة الأميرة من أساساتها باستخدام صحن طائر عملاق ، ويرفعها إلى الفضاء الخارجي. يطلق أحد أتباع باوسر الذي يدعى بكاميك ماريو الذي حاول إنقاذ الأميرة بيتش ، إلى الفضاء ويهبط في النهاية على كوكب صغير من سحر كاميك بينما تهرب لوما من يدي بيتش على الكوكب ، يستيقظ ماريو بعد أن فقد الوعي ويلتقي بلوما التي وجدتها بيتش في وقت سابق ، إلى جانب الفضاء روزالينا ورفاقها على شكل نجمة ، لوما تصف روزالينا نفسها بأنها مراقبة للنجوم تستخدم مرصد المذنب للسفر عبر الكون. ومع ذلك ، سرق باوزر كل من نجوم الطاقة التي تعمل كمصدر طاقة للمرصد ، مما يجعلها غير متحركة. مُنِح ماريو القدرة على السفر عبر الفضاء من خلال أحد لوما ، وينطلق في رحلة عبر الكون لاستعادة نجوم الطاقة وإعادة الطاقة إلى مرصد روزالينا. على طول الطريق ، يجد أصدقاء من مملكة الفطر مثل لويجي و مجموعة من التود ،بينما يقاتل باوزر و باوزر جونيور في نقاط معينة.
بعد جمع عدد كافٍ من نجوم الطاقة ، يطير مرصد المذنب إلى مركز الكون ، حيث يحتجز باوزر الأميرة بيتش. أثناء مواجهة باوزر ، يعلم ماريو أنه يخطط لحكم الكون بأكمله مع الأميرة بيتش إلى جانبه. يهزم ماريو باوزر ويحرر الأميرة بيتش ، لكن أحد كواكب المجرة ينهار على نفسه ، ليصبح ثقبًا أسود فائق الكتلة يبدأ في استهلاك الكون بأكمله. تضحي مخلوقات اللوما بأنفسها وتقفز إلى الثقب الأسود لتدميره ، مما يتسبب في انهيار الثقب الأسود إلى نقطة فردية ويعاد الكون بالكامل مع انفجار النجم الناتج عن انفجار المستعر الأعظم . تظهر روزالينا لماريو ، وكشفت أن النجوم الميتة تولد لاحقًا كنجوم جديدة. عندما يتم إعادة الكون ، يستيقظ ماريو في مملكة الفطر ، إلى جانب الأميرة بيتش و باوزر ، ويحتفل بالمجرة الجديدة التي ظهرت في السماء. إذا جمع اللاعب 120 نجمة ، ستشكر روزالينا اللاعب ، وستغادر مع البوما المولودة من جديد على متن مرصد المذنب للسفر عبر الفضاء مرة أخرى.
