Der Multiplayer in »Super Mario Bros. Wonder« ermöglicht sowohl lokale Koop-Spiele für bis zu vier Spieler·innen auf einer Konsole, als auch Online-Interaktionen mit Freund·innen und anderen Spieler·innen.
Im lokalen Koop-Modus können Spieler·innen aus verschiedenen Charakteren wählen und gemeinsam durch die Level navigieren, wobei besiegte Spieler·innen die Möglichkeit haben, von ihren Mitspieler·innen wiederbelebt zu werden.
Online bietet das Spiel eine einzigartige Darstellung anderer Spieler·innen als »Schatten« in Echtzeit auf der Karte und in Kursen, wobei geteilte Items und Begrüßungen über ein Emote-System ermöglicht werden.
Ein besonderer Online-Mechanismus ist der Aufsteller, eine Karton ähnliche Figur, die Spieler·innen oder andere Online-Spieler·innen wiederbeleben kann. Zusätzlich können Spieler·innen Online-Räume erstellen, um sich mit Freund·innen zu versammeln und gemeinsam Kurse zu bestreiten oder an Speedrunning-ähnlichen Events teilzunehmen.