In deze actie-platformgame staan Bowser en Peach voor het altaar van de bruiloft, gedwongen tot een huwelijk door de kwaadaardige Count Bleck. Met deze verbintenis zal een leegte het hele universum overspoelen, zoals voorspeld in het boek, de Dark Prognosticus. Voordat Luigi Count Bleck kan stoppen, ontsnapt de schurk met een item dat bekendstaat als het Chaos Heart. Er is echter nog een ander boek, genaamd de Light Prognosticus, dat de Dark Prognosticus kan tegengaan. De Light Prognosticus voorspelt een held gekleed in een overall. Deze held zou de kracht bezitten om een zekere vernietiging van het universum te stoppen.
Mario, vergezeld door Peach, Bowser en een nieuwe groep vrienden, moet door acht werelden reizen op zoek naar Pure Hearts. Elk personage heeft een speciale vaardigheid, die de speler kan helpen de vele puzzels in het spel op te lossen. Mario kan wisselen tussen de tweede en derde dimensie om items, geheime paden en vijanden te vinden. Peach kan haar parasol gebruiken om lange afstanden te zweven en zich te verdedigen tegen vijandelijke aanvallen. Bowser gebruikt zijn vuuradem om dingen aan te steken en vijanden te bakken.
Super Paper Mario wijkt niet helemaal af van zijn RPG-roots. Mario en zijn vrienden krijgen bijvoorbeeld punten van slechteriken. Met deze punten kunnen Mario en zijn team een level omhoog. Items kunnen ook worden gebruikt om vijanden aan te vallen of levens te winnen. Spelers verzamelen munten om meer items te betalen.
Spelers kunnen de Wii-afstandsbediening schudden nadat ze op slechteriken zijn gesprongen, maar voordat ze op de grond vallen om extra ervaringspunten te verdienen. Spelers gebruiken Tippi, een Pixl, waarmee ze de afstandsbediening op het scherm kunnen richten om geheimen te vinden. Andere Pixls, die op andere manieren helpen, kunnen onderweg worden gevonden. Pixls naast Tippi kunnen worden gebruikt door op de 1-knop te drukken.