除了两位水管工兄弟,游戏中的经典角色也在电影中亮相。碧姬公主作为蘑菇王国意志坚定的统治者,在片中对马力欧进行了严酷的作战训练,以帮助后者挖掘自身潜力。喜剧演员杰克·布莱克、塞斯·罗根则为片中的大反派酷霸,以及“搞笑担当”大猩猩咚奇刚配音。值得一提的还有,为游戏中的马力欧和路易吉兄弟配音长达三十余年的查尔斯·马丁内斯,也在片中友情客串。在选角方面,剧方也做了十分细致的考量。高冷学霸张陆让和直球少女苏在在分别由周翊然和张淼怡饰演。曾经出演过电影《快把我哥带走》,剧集《乔家的儿女》《小敏家》等优秀作品的周翊然,脸庞棱角分明又略带沉郁气质,非常贴合于沉默内敛,同时饱受内心自卑情绪折磨的清冷学霸形象。而饰演苏在在的张淼怡,则自带甜美可爱风格,散发出灵动活泼的气质,生动地演绎了勇敢向前,温暖治愈身边人的“小太阳”。此外,边天扬饰演的不靠谱少年顾然,姜之南饰演的神经大条少女姜佳,郭喆饰演的问题少年关放,也各具魅力,五个优秀的年轻演员鲜活地展现出了角色的青春本色,演技真实自然,表现十分动人。