Super Mario Galaxy é um jogo de plataformas 3D desenvolvido pela Nintendo EAD Tóquio e publicado pela Nintendo para o Wii. É o terceiro jogo de plataformas em 3D na série, antecedido por Super Mario 64 e Super Mario Sunshine. O jogo segue Mario na sua aventura pelo espaço para salvar a Princesa Peach do seu arqui-inimigo Bowser. Os níveis tomam forma de galáxias cheias de planetas com formas estranhas e a jogabilidade conta agora com uma variedade de de efeitos gravitacionais, novos power-ups e a inclusão de um novo modo cooperativo para 2 jogadores. Super Mario Galaxy tambem foi eleito o melhor jogo de 2007.
Uma sequência direta, intitulada Super Mario Galaxy 2, foi anunciada na Electronic Entertainment Expo de 2009, cujo lançamento foi confirmado para maio de 2010.

Logo após ser convidado para o festival centenário da Princesa Peach para celebrar a passagem do cometa, Bowser realiza um ataque surpresa no Reino do Cogumelo. Com uma nave gigante, ele arranca o castelo da princesa de sua base e o leva embora. Após uma tentativa frustrada tentar recuperar o castelo, Mario é enviado para o outro lado da galáxia. Ao acordar em um pequeno planeta, Mario conhece Rosalina, guardiã das estrelas Lumas que viaja através do universo no Cometa Observatório. As estrelas do poder são a fonte de energia do observatório, mas o Bowser roubou todas elas, então Mario parte em uma aventura através galáxias do universo para recuperar essas estrelas. Durante a jornada, Mario salva seu irmão Luigi e a brigada do Toad, que o ajudarão em sua aventura.
Após coletar estrelas do poder suficientes, o Observatório da Rosalina tem energia suficiente para se transformar em um cometa e voar até o centro do universo, onde a princesa está sendo feita refém. Chegando lá, Mario descobre que Bowser pretende governar todo o universo com uma arma construida com a energia das estrelas do poder. Mario consegue vencê-lo e liberta a princesa Peach. A arma criada pelo Bowser é destruída, mas se transforma em um super buraco negro que começa a engolir tudo em sua volta como galáxia, o observatório e o castelo da princesa. As Lumas de Rosalina se jogam no buraco negro, se sacrificando para destruí-lo. O buraco negro colapsa e explode em uma supernova. Rosalina aparece e diz ao Mario que as estrelas nunca morrem, elas sempre renascem como novas estrelas.
Finalmente, o Reino Cogumelo é reconstruído, Mario e a princesa celebram a criação da nova galáxia que surgiu no céu.O jogo se passa no espaço, aonde o Mario viaja de galáxia em galáxia para coletar estrelas do poder, que são recebidas ao completar tarefas ou vencer inimigos. Cada galáxia contém alguns planetas e outros lugares para o jogador explorar. O jogo utiliza um novo sistema que permite uma característica nova: cada objeto celestial possui sua própria força gravitacional, que permite ao jogador girar em torno de planetas e planetóides. Apesar do jogo ser basicamente em 3D, existem várias áreas do jogo em que os movimentos do jogador são restritos a duas dimensões.
O ponto de partida do jogo é um observatório, que contém seis cúpulas temáticas que fornecem acesso às 42 galáxias disponíveis no jogo. Quando um jogador começa o jogo, o acesso está disponível apenas para poucas galáxias, entretanto, quanto mais estrelas do poder são coletadas, mais galáxias se tornam disponíveis para o jogador. Algumas galáxias são acessadas por meios especiais, como por exemplo, as criaturas em forma de estrela chamadas Lumas Famintas se transformarão em novas galáxias quando alimentadas com pedaços de estrelas (pequenos objetos coletáveis que servem como armas e moedas de troca no jogo). Essas criaturas também podem aparecer dentro das galáxias e ao serem alimentadas com pedaços de estrelas, elas se transformam em planetóides ou outros objetos espaciais contendo quebra-cabeças ou desafios que, ao serem vencidos, fornecem Estrelas do poder ao Mário. Quando consegue-se coletar 120 estrelas do poder, pode-se jogar novamente com o irmão do Mário, o Luigi. A jogabilidade é levemente diferente quando se joga com o Luigi, algums obstáculos podem ser mais difíceis e outros mais fáceis para passar. Assim que se coleta 120 estrelas do poder com os dois jogadores, o jogador é premiado com um novo desafio para o Mario e o Luigi. Ao vencer cada um desses desafios, o jogador recebe uma nova figura comemorativa que pode ser exportada para o Wii.
Existem cinco cometas que aparecem aleatoriamente no jogo (Speedy, Daredevil, Cosmic, Fast Foe e Purple). Quando um deles entra na órbita de uma galáxia, um desafio especial é iniciado que leva a uma estrela do poder extra. O cometa Speedy desafia o jogador a refazer um episódio modificando o tempo limite. O cometa Daredevil pede ao jogador refazer uma parte de uma fase com a energia de vida do Mário reduzida a apenas uma unidade, ou seja, o jogador precisa completar o objetivo sem sofrer nenhum dano. O cometa Cosmic coloca o jogador em uma corrida contra um Doppelgänger por uma estrela do poder. O cometa Fast Foe faz o inimigos em uma galáxia ficarem com o dobro da velocidade. O cometa Purple, que surge apenas após ter completado metade do jogo, oferece a possibilidade de se coletar cem moedas roxas numa área das 15 galáxias de seis estrelas, algumas vezes com um limite de tempo.
Super Mario Galaxy tem uma opção cooperativa de dois jogadores chamado modo co-star, na qual um dos jogadores controla o Mario e o outro controla um segundo indicador na tela para coletar os pedaços de estrela e jogar nos inimigos e não há restrições para o segundo jogador atirar pedaços de estrelas em seus inimigos. O segundo jogador também pode fazer o Mario pular ou aumentar a altura do pulo se os dois jogadores apertarem o botão A ao mesmo tempo. O segundo jogador não precisa de um Nunchuk para jogar.