Mario & Sonic op de Olympische Spelen is een game waarin de twee iconische personages samen deelnemen aan de Olympische Spelen in Beijing. Je speelt met vele bekende personages uit zowel de Mario- als de Sonic-wereld. Er zijn twintig verschillende sporten beschikbaar, zoals hardlopen, hordelopen, boogschieten, trampolinespringen, roeien en tafeltennis.
De besturing van de game gebeurt met de Wii-controllers. Bij hardlopen beweeg je de nunchuk en de Wii-afstandsbediening om en om op en neer. Bij roeien maak je met beide controllers een roeiende beweging. Bij hoogspringen neem je eerst een aanloop, beweeg je de Wii-afstandsbediening omhoog voor de sprong en breng je vervolgens de nunchuk omhoog om de benen over de balk te krijgen.
De game is ook geschikt voor multiplayer. Je kunt met vier personen tegelijk spelen. Sommige mini-games, zoals hardlopen, kun je tegelijk spelen, terwijl andere, zoals boogschieten, om beurten worden gespeeld. Je kunt je prestaties ook meten tegen spelers wereldwijd dankzij online scorelijsten.