饰演白寡妇的英国演员凡妮莎·柯比此前在《速度与激情》中也有非常让人过目不忘的表演。她扮演的英国MI6女特工海蒂·肖,被巨石强森形容为“是我见过最顽强、路子最野的女人”。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。