诺兰说:“以往,那些群演都在想着吃午饭,而这些人想的是核武器的地缘政治,而且对此所知甚多。其实这也每天都在提醒着我们:我们必须非常努力,我们要忠于此地的历史,要真正知道我们在做什么。”除了两位水管工兄弟,游戏中的经典角色也在电影中亮相。碧姬公主作为蘑菇王国意志坚定的统治者,在片中对马力欧进行了严酷的作战训练,以帮助后者挖掘自身潜力。喜剧演员杰克·布莱克、塞斯·罗根则为片中的大反派酷霸,以及“搞笑担当”大猩猩咚奇刚配音。值得一提的还有,为游戏中的马力欧和路易吉兄弟配音长达三十余年的查尔斯·马丁内斯,也在片中友情客串。