In Mario & Sonic at the Olympic Games zullen spelers strijden in evenementen die plaatsvinden in omgevingen gebaseerd op de officiële locaties van de Olympische Spelen in Peking 2008. In het spel verschijnen karakters uit de wondere werelden van zowel Mario als Sonic. Spelers kunnen strijden als of tegen een reeks van beroemde personages waaronder Mario, Sonic, Luigi?, Knuckles?, Yoshi® en Tails?. Door op innovatieve manieren gebruik te maken van de bedieningssystemen van de Wii en Nintendo DS om een favoriet karakter te manoeuvreren, kunnen spelers racen met Mario en Sonic op de 100 meter sprint, deelnemen aan spannende rally's, tafeltennissen of de snelste proberen te zijn in een zwemwedstrijd. Alles met de doelstelling om te strijden voor die felbegeerde gouden medaille.