I Mario Kart Wii väljer spelaren en karaktär från en lista med upp till 24 karaktärer och 36 bilar. Bilarna är indelade i tre olika viktklasser. Karaktärens vikt avgör vilka typer av karts och motorcyklar som är tillgängliga och deras prestanda på banorna. Varje bil har sju olika parametrar för egenskaper: hastighet, vikt, acceleration, hantering, drift, offroad och mini-turbo. Mario Kart Wii har 32 olika banor, med 16 nya banor, fyra banor vardera från Mario Kart 64, Mario Kart: Double Dash!! och Mario Kart DS samt två vardera från Super Mario Kart och Mario Kart: Super Circuit. Dessutom kan upp till tolv karaktärer delta i ett lopp. Spelarna får föremål genom att köra genom föremålslådor, som kan användas för antingen försvar, anfall eller för att driva upp motorn. Nya föremål från Mario-plattformsspelen introduceras, som "Mega Mushroom" från New Super Mario Bros. Den gör det möjligt för karaktären att växa sig mycket stor i storlek och platta till andra spelare. "POW BLOCK" från Mario Bros. gör det möjligt för karaktären att skicka en chockvåg till alla spelare framför sig, vilket får dem att snurra runt och få dem att tappa alla föremål som de bär på (det har dock ingen effekt på dem som är luftburna). Ett nytt föremål i serien är "Lightning Cloud", som höjer användarens topphastighet kortvarigt, men krymper användaren om det inte överförs till en motståndare genom att kollidera med dem.
Mario Kart Wii har 24 valbara Nintendo-karaktärer, vilket är fler än i något av de andra Mario-spelen. Dessutom finns det 12 olika typer (3 viktklasser, 2 kön, 2 outfits) av Mii, den digitala avatar som tillverkas av Nintendo. Tolv karaktärer är tillgängliga från början; de övriga tolv och de två Mii-varianterna blir tillgängliga efter att ha avslutat vissa delar av spelet. Karaktärerna består av 19 återkommande karaktärer från serien och sex nya karaktärer: Baby Peach, Funky Kong, användarskapade Miis, Rosalina, Dry Bowser och Baby Daisy. Det finns åtta karaktärer i varje viktklass. Miis viktklass beror på deras längd och vikt (detta kan anpassas i Mii Channel), och deras favoritfärg ändrar färgskalan på deras kläder, medan könet ändrar färgskalan på deras bilar.