The Super Mario Galaxy Movie menghadirkan petualangan epik yang membawa Mario dan saudaranya, Luigi, menjelajahi luar angkasa yang penuh keajaiban. Setelah ancaman baru muncul dari galaksi jauh, mereka harus meninggalkan Kerajaan Jamur dan bekerja sama dengan makhluk misterius bernama Luma untuk menyelamatkan alam semesta dari kehancuran.

Perjalanan mereka membawa Mario dan Luigi ke berbagai planet unik dengan tantangan yang berbeda-beda. Di sana, mereka bertemu sekutu baru sekaligus menghadapi musuh lama seperti Bowser, yang kali ini memiliki rencana lebih besar untuk menguasai seluruh galaksi. Dengan kekuatan bintang dan kemampuan baru, Mario harus beradaptasi dengan lingkungan yang tidak biasa.

Di tengah petualangan, hubungan antara Mario dan Luigi diuji ketika mereka harus menghadapi rasa takut dan tanggung jawab yang semakin besar. Mereka belajar bahwa keberanian bukan hanya tentang kekuatan fisik, tetapi juga tentang kepercayaan satu sama lain. Dukungan dari teman-teman baru menjadi kunci untuk menghadapi ancaman yang semakin kuat.