Στο Mario Kart Wii, οι παίκτες επιλέγουν έναν χαρακτήρα από ένα ρόστερ με έως και 24 χαρακτήρες και 36 αυτοκίνητα. Τα αυτοκίνητα κατατάσσονται σε τρεις διαφορετικές κατηγορίες βάρους. Το βάρος ενός χαρακτήρα καθορίζει τους διαθέσιμους τύπους καρτ και μοτοσικλετών και τις επιδόσεις τους στις πίστες. Κάθε αυτοκίνητο έχει επτά διαφορετικές παραμέτρους για τα χαρακτηριστικά του: ταχύτητα, βάρος, επιτάχυνση, χειρισμό, drift, off-road και mini-turbo. Το Mario Kart Wii διαθέτει 32 διαφορετικές πίστες, έχοντας 16 νέες πίστες, τέσσερις πίστες από το Mario Kart 64, το Mario Kart: Double Dash!! και το Mario Kart DS, και δύο από το Super Mario Kart και το Mario Kart: Super Circuit. Επιπλέον, μέχρι και δώδεκα χαρακτήρες μπορούν να παίξουν σε έναν αγώνα. Οι παίκτες παίρνουν αντικείμενα οδηγώντας μέσα από κουτιά αντικειμένων, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε για άμυνα, είτε για επίθεση, είτε για την ενίσχυση της μηχανής. Εισάγονται νέα αντικείμενα από παιχνίδια πλατφόρμας Mario, όπως το "Mega Mushroom" από το New Super Mario Bros. Επιτρέπει στον χαρακτήρα να μεγαλώσει πολύ σε μέγεθος και να ισοπεδώσει άλλους παίκτες. Το "POW BLOCK" από το Mario Bros. επιτρέπει στον χαρακτήρα να στείλει ένα ωστικό κύμα σε όλους τους παίκτες που βρίσκονται μπροστά του, περιστρέφοντάς τους εκτός ελέγχου και κάνοντάς τους να πετάξουν τυχόν αντικείμενα που μπορεί να μεταφέρουν (δεν υπάρχει όμως καμία επίδραση σε όσους βρίσκονται στον αέρα). Ένα νέο αντικείμενο στη σειρά είναι το "Lightning Cloud", το οποίο αυξάνει για λίγο την τελική ταχύτητα του χρήστη, αλλά τον συρρικνώνει αν δεν περάσει σε κάποιον αντίπαλο συγκρουόμενος μαζί του.
Το Mario Kart Wii διαθέτει 24 επιλέξιμους χαρακτήρες της Nintendo, περισσότερους από οποιοδήποτε άλλο παιχνίδι Mario. Επιπλέον, υπάρχουν 12 διαφορετικά είδη (3 κατηγορίες βάρους, 2 φύλα, 2 ρούχα) του Mii, του ψηφιακού avatar που κατασκευάζει η Nintendo. Δώδεκα χαρακτήρες είναι διαθέσιμοι από την αρχή- οι άλλοι δώδεκα και οι δύο παραλλαγές Mii γίνονται διαθέσιμοι μετά την ολοκλήρωση ορισμένων στοιχείων του παιχνιδιού. Το καστ των χαρακτήρων περιλαμβάνει 19 χαρακτήρες που επιστρέφουν από τη σειρά και έξι νέους χαρακτήρες: Baby Peach, Funky Kong, Miis που δημιουργήθηκαν από τον χρήστη, Rosalina, Dry Bowser και Baby Daisy. Υπάρχουν οκτώ χαρακτήρες για κάθε κατηγορία βάρους. Η κατηγορία βάρους του Mii εξαρτάται από το ύψος και το βάρος του (αυτό μπορεί να προσαρμοστεί στο Mii Channel), και το αγαπημένο του χρώμα αλλάζει το χρώμα των ρούχων του, ενώ το φύλο αλλάζει το χρώμα των αυτοκινήτων του.
