O New Super Mario Bros. U repete a jogabilidade do New Super Mario Bros. Wii. O objetivo de cada nível é alcançar a bandeira do objetivo no final de cada nível, evitando inimigos e perigos. O jogo pode ser controlado usando o Wii Remotes ou o Wii U GamePad, o último dos quais permite jogar fora da TV, onde o jogo pode ser jogado apenas na tela do GamePad, sem o uso de uma televisão. O suporte do Wii U Pro Controller foi adicionado no patch 1.3.0. Até cinco jogadores podem jogar simultaneamente. No multiplayer, o jogador que usa o Wii U GamePad não pode controlar um personagem, mas pode interagir com o ambiente, como colocar blocos que podem ajudar Mario ou atordoar inimigos. Assim, no modo multiplayer, deve haver um número igual de controladores, excluindo o GamePad, para o número desejado de caracteres na tela. Certos modos de jogo também permitem que os jogadores joguem personagens Mii salvos no console. Uma novidade para esta versão é uma experiência multiplayer assimétrica chamada Modo Boost. Nesse modo, o jogador com o GamePad pode ajudar outros jogadores usando a tela sensível ao toque para colocar blocos na tela ou atordoar os inimigos. Isso pode ser usado para ajudar jogadores amadores e permitir que jogadores experientes realizem corridas rápidas. Os Koopalings, Bowser, Kamek, Boom Boom e Bowser Jr. aparecem como os principais vilões do jogo.