Le ragazze a Brooklyn cominciano misteriosamente a sparire dalle strade e un'affascinante ricercatrice di dinosauri, Daisy, chiede aiuto ai Mario Bros, per liberare dall'acqua uno scavo archeologico. Giunti nei pressi del tunel acquitrinoso i due fratelli vengono inghiottiti da un misterioso varco e giungono nell'incredibile dimensione parallela abitata da rettili giganteschi generatasi milioni di anni prima con l'esplosione di un'enorme meteorite. Questo mondo violento chiamato Dinohattan è a corto d'acqua e i rettili rischiano l'estinzione se il loro leader Koopa non riuscirà ad impadronirsi del frammento di meteorite che Daisy porta al collo per ritornare al mondo terreno, ricco di risorse naturali e per distruggere gli "umani" che lo abitano. Sarà compito di Mario e Luigi difendere il prezioso monile e liberare Daisy e le ragazze di Brooklyn prigioniere di Koopa e dei suoi sgherri, i crudeli Goombas che le minacciano con la piu' temibile delle pene, la de evoluzione... Contro i due fratelli combattono anche Lena, l'astuta e gelosa amante di Koopa, con Iggy e Spike, due rapitori imbranati che alla fine si rivolteranno contro il loro padrone. Yoshi, il grazioso cucciolo di tirannosauro, diventa il migliore amico di Daisy, e Re Bowser, il padre di Daisy, si rivelerà decisivo per la salvezza dei nostri, giunta inaspettata in un mondo dove contano soltanto abilità, determinazione e una buona dose di fortuna: proprio come in un videogame.