A klasszikus Super Mario a Nintendo 64-ből visszatért, és jobb formában van, mint valaha. A Nintendo DS előnye az érintőképernyős irányítás és a vezeték nélküli többjátékos mód. A játék számos új pályát, 36 érintőképernyős minijátékot és vezeték nélküli többjátékos módot kínál akár 4 játékos számára. A Super Mario 64 DS tulajdonképpen a klasszikus Super Mario 64 (N64) játék, a Nintendo DS rendszerre adaptálva. A játék fő részében a játékos feladata, hogy feladatokat teljesítve csillagokat gyűjtsön. Ezek a feladatok állhatnak egy bizonyos ellenség legyőzéséből, folyosók és emeletek bonyolult szövevényének időhatáron belüli átkeléséből, vagy egy csúszdás versenyen való részvételből. A játékos feladata a csillagok begyűjtése, amelyek aztán lehetőséget adnak a következő szintekre való belépésre, és arra, hogy legyőzze Bowsert. A játék 15 nagy területből áll, mindegyikben 8 csillaggal. Ezek a szintek megfelelnek a játék Nintendo 64-es verziójának klasszikus szintjeinek. További 30 csillag van, amelyeket a játékos különböző helyeken találhat meg, néha még apró, új szinteken is elszórtan. A Nintendo DS verzió másik újdonsága, hogy a játékos négy különböző karakter egyikeként léphet fel. A játék elején a játékos Yoshit irányítja. Később a többi karakter, Mario, Luigi és Wario is felfedezhető. Mindegyik karakter különböző speciális képességekkel rendelkezik, amelyeket a játékos csillagok gyűjtésére használhat. A Super Mario 64 DS 36 minijátékot tartalmaz (karakterenként 9-et). A játékos kezdetben 8 minijátékhoz fér hozzá, és a játék előrehaladtával továbbiakat fedezhet fel. Minden minijátékot az érintőképernyővel lehet irányítani, és a minijátékok műfaja valóban nagyon változatos. A játék többjátékos módot is kínál, amelyben a játékosok 30 másodperc alatt próbálnak minél több csillagot összegyűjteni.