In "Mario Kart Wii" wählen die Spieler einen Charakter aus einer Liste von bis zu 24 Charakteren und 36 Autos aus. Die Autos werden in drei verschiedene Gewichtsklassen eingeteilt. Das Gewicht eines Charakters entscheidet über die verfügbaren Kart- und Motorradtypen und ihre Leistung auf der Rennstrecke. Jedes Auto hat sieben verschiedene Parameter für die Eigenschaften: Geschwindigkeit, Gewicht, Beschleunigung, Handling, Drift, Offroad und Mini-Turbo. Mario Kart Wii hat 32 verschiedene Strecken, darunter 16 neue Strecken, je vier Strecken aus Mario Kart 64, Mario Kart: Double Dash!! und Mario Kart DS sowie je zwei aus Super Mario Kart und Mario Kart: Super Circuit. Außerdem können bis zu zwölf Charaktere an einem Rennen teilnehmen. Die Spieler erhalten Gegenstände, indem sie durch Gegenstandskästen fahren, die entweder zur Verteidigung, zum Angriff oder zum Starten des Motors verwendet werden können. Neue Gegenstände aus Mario-Jump'n'Run-Spielen werden eingeführt, wie der "Mega-Pilz" aus New Super Mario Bros. Er erlaubt es dem Charakter, sehr groß zu werden und andere Spieler zu plätten. Der "POW BLOCK" aus Mario Bros. erlaubt es dem Charakter, eine Schockwelle an alle Spieler vor ihm zu senden, sie außer Kontrolle zu bringen und sie dazu zu bringen, alle Gegenstände fallen zu lassen, die sie bei sich tragen (es gibt jedoch keine Auswirkungen auf diejenigen, die sich in der Luft befinden). Ein neuer Gegenstand in der Serie ist die "Blitzwolke", die die Höchstgeschwindigkeit des Benutzers kurzzeitig erhöht, aber den Benutzer schrumpfen lässt, wenn sie nicht durch Kollision mit einem Gegner an diesen weitergegeben wird.
Mario Kart Wii hat 24 auswählbare Nintendo-Charaktere, mehr als alle anderen Mario-Spiele. Darüber hinaus gibt es 12 verschiedene Arten (3 Gewichtsklassen, 2 Geschlechter, 2 Outfits) des Mii, des digitalen Avatars von Nintendo. Zwölf Charaktere stehen von Anfang an zur Verfügung; die anderen zwölf und die beiden Mii-Varianten werden nach der Fertigstellung bestimmter Elemente des Spiels verfügbar. Die Besetzung der Charaktere besteht aus 19 wiederkehrenden Charakteren aus der Serie und sechs neuen Charakteren: Baby Peach, Funky Kong, selbsterstellte Miis, Rosalina, Dry Bowser und Baby Daisy. Es gibt acht Charaktere aus jeder Gewichtsklasse. Die Gewichtsklasse des Mii hängt von seiner Größe und seinem Gewicht ab (dies kann im Mii-Kanal angepasst werden), und seine Lieblingsfarbe ändert das Farbschema seiner Kleidung, während das Geschlecht das Farbschema seiner Autos ändert.