În Mario Kart Wii, jucătorii își aleg un personaj dintr-o listă de până la 24 de personaje și 36 de mașini. Mașinile sunt clasificate în trei clase de greutate diferite. Greutatea unui personaj decide tipurile de karturi și motociclete disponibile și performanțele acestora pe trasee. Fiecare mașină are șapte parametri diferiți pentru caracteristici: viteză, greutate, accelerație, manevrabilitate, drift, off-road și mini-turbo. Mario Kart Wii are 32 de piste diferite, având 16 piste noi, câte patru piste din Mario Kart 64, Mario Kart: Double Dash!!! și Mario Kart DS și câte două din Super Mario Kart și Mario Kart: Super Circuit. În plus, până la douăsprezece personaje pot juca într-o cursă. Jucătorii obțin obiecte conducând prin cutii de obiecte, care pot fi folosite fie pentru apărare, fie pentru ofensivă, fie pentru alimentarea motorului. Sunt introduse noi obiecte din jocurile de platformă Mario, cum ar fi "Mega Mushroom" din New Super Mario Bros. Acesta permite personajului să crească foarte mare în dimensiune și să aplatizeze alți jucători. "POW BLOCK" din Mario Bros. permite personajului să trimită o undă de șoc către toți jucătorii din fața sa, învârtindu-i fără control și făcându-i să renunțe la obiectele pe care le poartă (nu are efect, însă, asupra celor care sunt în aer). Un element nou în serie este "Lightning Cloud", care crește pentru scurt timp viteza maximă a utilizatorului, dar îl micșorează pe acesta dacă nu este transmis unui adversar prin ciocnirea cu el.
Mario Kart Wii are 24 de personaje Nintendo selectabile, mai multe decât oricare dintre celelalte jocuri Mario. Pe lângă acestea, există 12 tipuri diferite (3 clase de greutate, 2 sexe, 2 ținute) de Mii, avatarul digital realizat de Nintendo. Douăsprezece personaje sunt disponibile de la început; celelalte douăsprezece și cele două variante Mii devin disponibile după terminarea anumitor elemente ale jocului. Distribuția de personaje are 19 personaje care se întorc din serie și șase personaje noi; Baby Peach, Funky Kong, Mii creați de utilizator, Rosalina, Dry Bowser și Baby Daisy. Există opt personaje din fiecare clasă de greutate. Clasa de greutate a Mii depinde de înălțimea și greutatea sa (aceasta poate fi personalizată în canalul Mii), iar culoarea sa preferată schimbă schema de culori a hainelor sale, în timp ce sexul schimbă schema de culori a mașinilor lor.