Klasyczny Super Mario z Nintendo 64 powraca i to w lepszej formie niż kiedykolwiek wcześniej. Ma przewagę na Nintendo DS sterowania za pomocą ekranu dotykowego i bezprzewodowego multiplayera. Ta gra zawiera wiele nowych poziomów, 36 minigier na ekranie dotykowym i bezprzewodowy multiplayer dla maksymalnie 4 graczy. Super Mario 64 DS to tak naprawdę klasyczna gra Super Mario 64 (N64), dostosowana do systemu Nintendo DS. W głównej części gry, gracz ma za zadanie zbierać gwiazdki poprzez wykonywanie zadań. Zadania te mogą polegać na pokonaniu określonego wroga, przemierzeniu skomplikowanej plątaniny korytarzy i pięter w określonym limicie czasowym lub wzięciu udziału w wyścigu na zjeżdżalni. Zadaniem gracza jest zbieranie gwiazdek, które następnie dają mu możliwość wejścia na kolejne poziomy i szansę na pokonanie Bowsera. Gra składa się z 15 dużych obszarów, na każdym z nich znajduje się 8 gwiazdek. Poziomy te odpowiadają klasycznym poziomom z wersji gry na Nintendo 64. Istnieje dodatkowe 30 gwiazdek, które gracz może znaleźć w różnych miejscach, czasem nawet rozrzuconych w malutkich, nowych poziomach. Kolejnym dodatkiem do wersji Nintendo DS jest fakt, że gracz może działać jako jedna z czterech różnych postaci. Na początku gry, gracz kontroluje Yoshi. Później można ujawnić pozostałe postacie, Mario, Luigi i Wario. Każda postać ma inne specjalne zdolności, które gracz może wykorzystać do zbierania gwiazdek. Super Mario 64 DS zawiera 36 mini-gier (9 dla każdej postaci). Gracz zaczyna z dostępem do 8 mini-gier i ma możliwość odkrycia kolejnych w miarę postępów w grze. Wszystkie mini-gry są sterowane za pomocą ekranu dotykowego, a gatunek mini-gier jest naprawdę bardzo zróżnicowany. Gra oferuje również tryb multiplayer, w którym gracze starają się zebrać jak najwięcej gwiazdek w ciągu 30 sekund.