Fondateurs d'une petite entreprise de plomberie à Brooklyn, Mario et Luigi trouvent l'occasion de démontrer leurs compétences lorsque la ville est menacée d'inondation. Alors qu'ils effectuent une réparation dans le complexe système de canalisations souterraines, les deux frères sont aspirés par un tuyau dans un univers parallèle. Mario atterrit au pays des champignons, dirigé par la princesse Peach, tandis que Luigi tombe dans un territoire sinistre, contrôlé par Bowser, une tortue cracheuse de feu qui cherche à dominer le monde. Obtenant de la jeune souveraine l'aide pour délivrer son frère, Mario part avec elle au royaume de Kong, qui possède une armée de gorilles capables de tenir tête à Bowser. Lequel, aussi mégalomane que sentimental, s'est mis en tête de demander la main de Peach.