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。“《战狼》后我们有了军事动作电影,《流浪地球》后我们有了科幻电影。但市场上怪兽片还没有成熟的类型。”吴京表示,他希望通过国际合作,了解、学习好莱坞怪兽片的制作流程和经验,用更好的技术来拍中国式情感的怪兽类型片。