教会で生れ孤児として育ったデイジー（サマンサ・マシス）は、大学の化石発掘チームのリーダーをしていた。
建設業者のアンソニー・スカペリ（ジャンニ・ルッソ）は、開発の邪魔になるデイジーを脅す。
クッパの手下であるイギー（フィッシャー・スティーヴンス）とスパイク（リチャード・エドソン）は、デイジーを誘拐しようとしていた。
ラジエーターの故障したトラックをマリオが直している間、ルイージは出張先に電話をかける。
現れたデイジーが電話を使いたいようなので、ルイージは彼女に電話を譲る。
ルイージはデイジーに一目惚れしてしまい、感謝する彼女を車に乗せて送る。
ブルックリン橋の発掘現場でデイジーを降ろしたマリオは、彼女を食事に誘うようルイージに促す。
デイジーを誘ったルイージは、マリオと恋人のダニエラ・ポリーン・ベルダッチ（ダナ・カミンスキー）と共に、レストランで楽しい時を過ごす。
ブルックリンに恐竜がいた話などをしたデイジーは、生まれた時からしている石のペンダントを見せながら、自分が捨て子で教会で育ったことをマリオらに伝える。
自分にも親がいないと言うルイージは、マリオが両親の代わりだったことをデイジーに伝える。
ルイージから送ると言われたデイジーは、優しい彼と心触れ合う。
レストランから出てきたマリオが連れているダニエラをデイジーだと思ったイギーとスパイクは、トラックに乗りその場に去った二人を追う。
マリオに送ってもらい別れたダニエラは、イギーとスパイクに襲われる。
ルイージが興味を持ったので、地下の発掘現場に向かったデイジーは、恐竜の化石を見せて、その美しさを語る。
君こそ美しいとルイージから言われたデイジーは、彼とキスしようとする。
その時、水道管を破裂させたスカペリの部下がその場から逃げ出し、デイジーは、配管工のルイージに何とかしてもらおうとする。
ルイージとデイジーからスカペリの妨害を知らされたマリオは、現場に向い水を止める。
そこに現れたイギーとスパイクは、マリオとルイージを殴って気絶させて、デイジーを連れ去る。
意識が回復したマリオとルイージはデイジーを捜し、彼女が岩の向こうから助けを求めることに気づく。
身を乗り出したデイジーのペンダントを掴んだルイージだったが、彼女を助けることはできなかった。
行けると言って飛んだルイージは岩の中に消えてしまい、仕方なくマリオもそれを追う。
無事だったマリオとルイージは、デイジーを追って地上に出たつもりだったが、マンハッタンであるはずのその場の様子がおかしいことに気づく、
デイジーがタクシーに乗せられて連れ去られるのを目撃したマリオとルイージは、その場に恐竜のような生物などがいて、クモの巣状のものがいたるところにあるためブルックリンでないと考える。
地上と恐竜帝国を結合して哺乳類を排除しようと考えるクッパは、イギーとスパイクから、国王の娘だったプリンセス・デイジーを捕えたことを知らされる。
石はどこだと言われたイギーとスパイクは、それがないことに気づき、隕石を目覚めさせるために必要な、肝心の石がないことを知ったクッパは憤慨する。
二人から配管工が持っていると知らされたクッパは、街中に報酬を出すと知らせて配管工を捜す。
ビッグ・バーサ（フランセスカ・ロバーツ）に石を奪われてしまったマリオとルイージは、通りでギターを弾くトード（モジョ・ニクソン）の歌を聴く。
クッパを侮辱する歌詞だったために、警官が現れてトードは逮捕され、配管工だと知られたマリオとルイージも連行される。
ある部屋に閉じ込められたデイジーは、その場にダニエラがいたために驚き、クッパという男がプリンセスを捜していることを知らされる。
警察署に着いたマリオとルイージは、キノコ菌を除菌され、写真を撮られて留置場に入れられる。
上にいたトードから、太古の昔の隕石の衝突で世界が二つに分割されたと言われたマリオとルイージは、キノコから進化した王がキノコ菌に退化させられたことなども知らされる。
サイモン巡査部長（ドン・レイク）に呼ばれたマリオとルイージは、弁護士に扮したクッパの元に連れて行かれる。
二人からクッパに会いたいと言われたため、やめた方がいいと伝えたクッパは、隕石のかけらはどこにあるかを尋ねる。
それが何か分からないルイージは、クッパに痛めつけられる。
正体をバラしたクッパは、二人を進退化ルームに連れて行くよう、サイモンに指示する。
その場に連れてこられていたトードが自分を侮辱していたため、クッパは彼をグンバに退化させてしまう。
自分はティラノサウルスから見事に進化したと言うクッパだったが、抵抗したマリオとルイージに装置にかけられてしまい、ジュラ紀の光線を浴びてしまう。
その場から逃れたマリオとルイージはパトカーを奪って逃走し、追跡されるもののそれを振り切り、砂漠に抜けるトンネルに突っ込む。
出口で転落したパトカーだったが、キノコ菌が絡みついていたため、地上寸前で止り助かる。
イギーとスパイクは、マリオ・ブラザーズが砂漠に向かったことをリナ（フィオナ・ショウ）と泥風呂に入っていたクッパに伝える。
それならば砂漠に向えとイギーとスパイクに命じたクッパは、プリンセスを連れて来るようにとリナに指示する。
デイジーの母親を知っているリナは彼女が直ぐに解り、クッパの元に連れて行く準備をする。
ドジばかりするスパイクとイギーは進化させられ、少しは賢くなった様子の二人に砂漠に向かうよう命じたクッパは、失敗したら殺すと言って脅す。
クッパを待っていたデイジーは、現れた本物の恐竜ヨッシーに興味を持ち近付く。
注意するようにとクッパから言われたデイジーは、自分が恐竜の子孫だということを知らされる。
マリオとルイージを見つけたイギーとスパイクだったが、逆に捕えられて拘束されてしまう。
デイジーの居場所をイギーとスパイクに訊いたマリオとルイージは、石はどこかと言われたため、それが何なのかを尋ねる。
6500万年前に地球に衝突した隕石の破片だと言われたマリオとルイージは、それを再び隕石にはめれば、二つの世界が結合され、クッパが支配者になることを知らされる。
人間側が爆破するまでは封印されていたと言われたマリオは、スカペリの開発工事がそれだと気づく。
石を渡せばデイジーを解放することを、ルイージはイギーとスパイクから約束される。
巨体の女に石は奪われたと言われたイギーとスパイクは、それがビッグ・バーサだと分かる。
ルイージとイギーとスパイクと共に街に戻りクラブに向かったマリオは、ボディガードをしているビッグ・バーサに声をかけて、殴られながらも彼女と躍る。
石を奪ったマリオとルイージは、現れたリナとグンバに追わる。
マリオとルイージは石を落してしまうが、とりあえずその場を離れ、マリオに惹かれたビッグ・バーサが二人を逃がす。
その頃クッパは、キノコ気菌である王に、手に入る石で自分が全てを支配する時が近いことを伝える。
デイジーが捕えられているビルに着いたマリオとルイージは、ボイラー室のバルブを閉めて、建物全体を冷やそうとして上の階に向かう。
イギーとスパイクを捕えて戻ったリナだったが、クッパに相手にされないため、持っていた石を自分が使おうと考える。
ヨッシーと共に部屋に閉じ込められていたデイジーは、現れたリナに殺されそうになる。
抵抗するデイジーは、ヨッシーがリナに襲い掛かった隙に逃げる。
連行されるイギーとスパイクはデイジーに助けを求め、協力し合い追って来るグンバから逃れる。
デイジーは、秘密を知る二人から、父である王がクッパに退化されてキノコ菌になったことを知らされる。
現れたヨッシーが傷つけられているため介抱したデイジーは、マリオとルイージと連絡することに成功して場所を教える。
クッパもデイジーの居場所を知るが、リナが哺乳類の退化の準備をさせたことをサイモンから報告され、彼女が石を持っていることに気づく。
デイジーを見つけたマリオとルイージは、クッパにキノコ菌にされた、この国の支配者だった父である王のことを知る。
ダニエラも捕らえられていることを知ったマリオは、彼女を救いに行く。
デイジーとルイージを捕えたクッパは、侵略の準備を始める。
リナを捕えたサイモンは、彼女から石を奪う。
ダニエラらが閉じ込められている部屋に侵入したマリオは、グンバを倒して彼女らを助ける。
サイモンから石を受け取ったクッパは、デイジーに協力を求めて攻撃準備をさせる。
マットレスに乗り配管を滑り下りたマリオらは、追って来るグンバを振り切り外に飛び出す。
その場に連れて来られていたデイジーとルイージと共に無事だったことを喜んだマリオは、攻撃を開始しようとするクッパを妨害する。
クッパが落した石を受け止めたリナは、世界は自分の物だと言ってその場から逃げる。
石を隕石にはめ込ももうとしているリナの元に向かったルイージとデイジーは、それを阻止しようとする。
石を持っている振りをして、爆弾を作動させたマリオだったが、それが通路から落ちてしまう。
隕石に石をはめ込んだリナは、吹き飛ばされて化石化してしまう。
自分だけがパワーに耐えられると言っていたクッパの言葉を思い出したデイジーは、石を抜こうとする。
マリオに迫ったクッパは、自分達が消滅し始めたことで、世界が結合していくことが分かり、マリオが石を持っていないことに気づく。
ブルックリンに現れたクッパは、退化銃でマリオを撃とうとするが、それを受けたスカペリがサルに退化してしまう。
クッパに銃撃されたマリオは、キノコを盾にしてそれを防ぎ、ルイージが石を外したために二人は地下に戻る。
グンバにされていたトードが味方だと知っていたデイジーは、彼から銃を渡される。
ビッグ・バーサから空飛ぶブーツを渡されたルイージはマリオの元に向い、二人はクッパに退化銃を発射する。
足元で爆弾が爆発したクッパは吹き飛ばされるが、恐竜に退化した彼は暴れ始める。
更に退化銃の光線を浴びせられたクッパは、アメーバ状の液体になってしまう。
人々に称えられたマリオとルイージは、デイジーの元に向かう。
王（ランス・ヘンリクセン）は、キノコ菌から元の姿に戻る。
マリオと共にブルックリンに戻ろうとしたルイージは、この場に留まると言うデイジーの気持ちを理解して、彼女に別れを告げる。
3週間後。
ダニエラと共に楽しく過ごしていたマリオは、心沈むルイージを励ます。
悪を倒した”スーパー・マリオ・ブラザース”は有名人となり、自分達を報道するニュースを見たルイージは気分が晴れる。
そこに、危機を知らせるデイジーが現れ、マリオとルイージは、彼女に協力するために再び地下の世界に向かう。
二人の日本人ビジネスマンから、ビデオ・ゲームの企画を提案されたイギーとスパイクは、その名前を”スーパー・クッパ・カズン”に決める。
