Los hermanos Mario y Luigi, plomeros profesionales, conocen a una joven paleontóloga llamada Daisy, y esta es secuestrada por el malvado Bowser Koopa. Al parecer, después de que cayera el meteorito que extinguió a los dinosaurios hace 65 millones de años, el impacto creó una dimensión paralela en la que los dinosaurios continuaron viviendo y evolucionando, mientras que algunos dinosaurios evolucionaron a una especie antropomórfica. En esa dimensión, en la ciudad de Dinohattan es donde está Daisy y allí es donde gobierna el malvado Koopa. Por ello, los dos hermanos deberán unirse para rescatarla, y traerla sana y salva de vuelta a la tierra.
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