1996年6月23日、NINTENDO64と同時発売（他の同時発売ゲームは『パイロットウイングス64』と『最強羽生将棋』）。後に『スーパーマリオ64DS』としてニンテンドーDSでリメイクされた。
スーパーマリオシリーズ初の3Dアクションゲームである。
概要
「スーパーマリオ」シリーズ初の本格的な3Dアクションゲーム。
それまで家庭用ゲーム機に於ける「3Dアクションゲーム」は、「ステージそのものは3Dポリゴンで構成されているがルートは予め決まっており、ステージの最後でゴール条件をクリアするかボスを倒せばステージクリア」となるものが殆ど（ちょうど、『スーパーマリオブラザーズ』のステージをそのまま3Dポリゴンで描画したようなものである）だったが、本作はステージが完全な「3Dの箱庭」として構築されているというのが最大の特徴。
要するに、「本当の意味で3D空間を自由に歩き回れる初の家庭用ゲーム機向けソフト」なのである。
今でこそ家庭用ゲーム機向けソフトでも「ゲーム内の空間を好き勝手に歩き回れる」のが当たり前となっているが、当時はこれだけでも非常に衝撃的な内容であり、N64の高性能（＆3D空間描画特化）振りを嫌というほど見せつけた（というより、N64自体がこのようなタイプのゲームを実現させるために開発されたゲーム機といえる）。
本作が他社や他シリーズに与えた影響も非常に大きく、例えばスクウェア（現スクウェア・エニックス）の「キングダムハーツシリーズ」は本作にヒントを得た（FFのキャラをマリオ64のように3Dの箱庭を歩かせてみる、というのが出発点らしい）とも言われている。
ストーリー
ピーチ姫からお茶会に誘われたマリオ。
しかし、マリオがピーチ城に来てみると、城はもぬけの殻。
たまたま近くにいたキノピオに話を聞いてみると、クッパが突然城にやってきて、城の力の源である「パワースター」を奪い、さらにピーチを始めとした城の住人たちを絵の中に閉じ込めてしまったとのこと。
パワースターとピーチを助け出すためのマリオの冒険が始まった。
黒い任天堂
本作にもお約束？の「黒い任天堂」的な要素が幾つか見られる。
まず、マリオの死に方のバラエティ。
そのバラエティたるや「ドンキーコング（ゲームボーイ版）」にも迫るほどである。
流石にドンキーコングにおける一部の死に方のようなエグいものは無いものの、
- （妙にリアルな）溺死
- 高所からの落下
- （ドッスンなどに）潰される
- 焼死
- 感電死（ビリキュー等によるダメージ）
また、ダメージにより体力が0になったときの死に方（バタッと倒れる）や、ゲームオーバー時の画面（背景が赤ベースになり、散々な表情のマリオが表示される）も中々のトラウマもの。
さらに目玉のお化けアイクン、水中でマリオを吸い込もうとする穴、何よりマリオ史上最凶のドッキリキャラ候補とも思われるキラーピアノなど、敵キャラやトラップも中々どうしてエグいものが少なからずある。
バグなど
本作はN64という新ハードのソフト第一弾や、或いは「本当の意味での3Dゲーム第一弾」であることもあってか、いくつかのバグが存在する。
有名なものとしてケツワープがある。
細かいことはニコニコ大百科の記事の方が詳しいが、要するに「壁に向かって後ろ幅跳びを連続して繰りだすとマリオに加速度が蓄積され、その状態で移動するととんでもない速度でマリオが吹っ飛んでいく」というものである。
実機でも再現できる技ではあるが、とにかく制御が難しいのでTASの記録更新のような競技に使う、或いは単なる小ネタとして使う以外は（一般のプレイヤーにとっては）それほど利用価値があるとは言えない技でもある。（そもそもそういう技を使わなくても十分クリアすることも遊ぶこともできるゲームである）。
尚、後に発売された振動パック対応版ではケツワープを筆頭としたバグは修正されている。
