מאז Super Mario 64 שהיה משחק המאריו התלת מימדי הראשון, נינטנדו שינתה את הכללים ובנתה למאריו סכמת שליטה ברורה מאוד: מאריו יכול ללכת או לרוץ בשליטה אנאלוגית, לקפוץ קפיצות רגילות, לקפוץ קפיצות למרחק (שדורשות שמאריו יתכופף בזמן ריצה ואז יקפוץ), ולקפוץ קפיצת "סלטה" לאחור שמקנה לו גובה משמעותי. אחרונה אך לא פחות חשובה מהאחרות, הוכנסה הקפיצה המשלושת. -סדרה של שלוש קפיצות בגובה הולך וגובר שמאפשרות למאריו להגיע גבוה יותר מכל שאר הקפיצות.

בSuper Mario Galaxy המקורי, נבנו על גביי הנוסחא הזו יכולות חדשות למאריו המזכירות את יכולותיו במשחקים הדו מימדיים הראשונים כגון פרח אש המאפשר למאריו לירות כדורי אש למשך זמן מוגבל. אך בנוסף ליכולת הברורה הזו, היו בSuper Mario Galaxy המקורי יכולות נוספות כגון חליפת דבורה שמאפשרת למאריו לעוף, חליפת "Boo" (אויב הרוח רפאים הקלאסי של מאריו), שמאפשרת למאריו לעבור דרך מכשולים מסויימים וחליפת קפיץ  המאפשרת למאריו לקפוץ לגובה הרבה יותר מכל שאר יכולותיו.

כמובן מהיותו של המשחק תלת-מימדי ובעידן החדש, תמו ימי ה"מוות בפגיעה הראשונה", ומאריו מחזיק איתו מד חיים של 3 פגיעות, אשר במקומות מסויימים יכול גם להתארך זמנית ל6  פגיעות, או להתקצר לפגיעה אחת בשביל אתגרים מסויימים. כמובן שלמרות מד החיים, נפילה לבור בלי תחתית (או במקרה שלנו, בור עם חור שחור בתחתית) היא עדיין מוות מיידי.

בנוסף ליכולות אלה, Super Mario Galaxy 2 מוסיף גם חליפות חדשות: חליפת ענן, המאפשרת למאריו ליצור פלטפורמות ומאטה את מהירות הנפילה שלו, חליפת אבן, המאפשרת למאריו להפוך לאבן ולהתגלגל קדימה בעוצמה, מקדחה, המאפשרת למאריו לקדוח דרך אדמה רכה (ולצאת מהצד השני...), והתוספת הגדולה ביותר, חזרתו של יושי!

יושי מגיע אלינו בשלל צבעים וצורות: הוא יכול להשתמש בלשון שלו בכדיי לאכול אויבים (ע"י הצבעה עם הסמן על אויב ולחיצה על כפתור B ), הוא יכול להתפס במגוון רחב של מתלים מיוחדים שמאפשרים לנווט איתו וכמובן יש לו את קפיצת הריחוף המפורסמת שלו. בנוסף לכל אלה, הוא גם יכול לאכול פירות מיוחדים שממוקמים באיזורים אסטרטגיים במשחק ואלה יאפשרו לו לרוץ מהר (עד כדיי יכולת לטפס על שיפועים), לרחף כלפיי מעלה כמו בלון (לזמן מוגבל), והמעניין ביותר מבין השלושה: פרי המאפשר ליושי לזהור באור חזק ובכך מראה לשחקן פלטפורמות שאחרת לא יכל היה לראותן.

המשחק ממשיך את הנוסחא הכללית של משחקי מאריו התלת-מימדים: עלייך למצוא את כוכב העוצמה בסוף המסלול בכל שלב. אך לעתים רבות יש טוויסט לנוסחא הזו: הכוכב מוחבא, מופיע לאחר ביצוע משימה מיוחדת או נמצא בחלק של השלב שניתן לגשת אליו רק ע"י האכלת לומה מיוחד שדורש מספר מסוים של מטבעות או Starbits.

תלונה אחת משמעותית יש בפי כלפיי הגיימפליי של המשחק: המצלמה. השליטה במצלמה מתבצעת ע"י הD-Pad שעל השלט וזו אחת הצורות שליטה הכי לא נוחות שאיי פעם נוצרו, המצלמה מתנהגת כרצונה רוב הזמן ובמקומות שבהם אתה רוצה לבדוק אם מוחבאים דברים אתה צריך להאבק ארוכות עם המיקום של מאריו בשביל לעמוד בנקודה שבה המשחק מרשה לך לשנות זוויות מצלמה: שכן מרבית האזורים במשחק חוסמים את האפשרות של השחקן לשחק עם המצלמה. גם אפשרות המבט מגוף ראשון לא מצילה את המצב, שכן גם היא כבולה רק לאזורים ומצבים מסויימים מאוד.