El productor Roland Joffé obtuvo los derechos de la película reuniéndose personalmente con el presidente de Nintendo Hiroshi Yamauchi en Kyoto, y se marchó con un contrato de 2 millones de dólares; Nintendo, aunque mantuvo los derechos de merchandising, no exigió ningún control creativo, considerando que la marca Mario era lo suficientemente fuerte para permitirse un experimento.
El primer guión fue escrito por el ganador del Óscar Barry Morrow y se parecía tanto a su anterior película Rain Man que en producción fue apodado "Drain Man"; fue luego reemplazado por una versión más cercana a una aventura al estilo de El mago de Oz.
Antes de la llegada de los directores Rocky Morton y Annabel Jankel (creadores de Max Headroom), el director Harold Ramis rechazó la oferta de dirigir la película, decisión que posteriormente definió como su elección de carrera más inteligente.
Poco antes de las filmaciones, la Walt Disney Studios adquirió los derechos de distribución a través de Hollywood Pictures y exigió una reescritura del guión por parte de Ed Solomon, sin informar a los directores Morton y Jankel ni al elenco ya contratado, haciendo el nuevo guión incompatible con las escenografías ya construidas.
Dustin Hoffman intentó primero adquirir los derechos de la película queriendo interpretar a Mario con Danny DeVito en el papel de Luigi y Barry Levinson como director, proyecto que fue abandonado por conflictos de agenda de DeVito.
Arnold Schwarzenegger y Michael Keaton fueron ambos contactados para interpretar al Rey Koopa pero rechazaron el papel, así como Tom Hanks fue descartado para Luigi debido a una serie de recientes fracasos en taquilla.
Bob Hoskins inicialmente odiaba el guión y no quería hacer otra película familiar después de ¿Quién engañó a Roger Rabbit? y Hook, pero aceptó después de que el productor Roland Joffé continuara enviándole nuevas revisiones del guión.
El músico Mojo Nixon fue elegido para interpretar a Toad porque la producción quería un músico de verdad para el papel; la primera opción, Tom Waits, no estaba disponible, y el agente de Nixon lo propuso como "un Tom Waits de tercera categoría, a mitad de precio".
Las filmaciones se llevaron a cabo del 6 de mayo al 27 de julio de 1992 en los estudios Carolco de Wilmington, Carolina del Norte, utilizando como locación una fábrica de cemento abandonada, la Ideal Cement Co., cuya estructura de cemento fue integrada directamente en la escenografía.
Durante la producción los directores Morton y Jankel fueron temporalmente excluidos de la sala de edición y tuvieron que intervenir la Directors Guild of America para recuperar el acceso a la edición de la película.
Bob Hoskins y John Leguizamo se emborrachaban antes de cada día de rodaje y continuaban bebiendo entre toma y toma, según lo relatado por el mismo Hoskins.
Dennis Hopper permaneció en el set durante 17 semanas en lugar de las 5 previstas inicialmente, definiendo la experiencia como una pesadilla debido también al importante sobregasto presupuestario de la producción.
El supervisor de criaturas Patrick Tatopoulos, consciente de la producción simultánea de Jurassic Park, decidió dibujar los dinosaurios de la película de manera más tierna y caricaturesca, inspirándose en Beetlejuice en lugar de un enfoque realista.
Para animar a Yoshi se construyeron cuatro versiones del títere, incluyendo un modelo completamente funcional accionado por 70 cables y nueve operadores, que costó 500.000 dólares; los productores de Jurassic Park, impresionados por el resultado, consideraron brevemente contratar a los mismos ingenieros.
Super Mario Bros. fue la primera película en utilizar el software de composición Flame (posteriormente adquirido por Autodesk) y la primera en ser escaneada con el escáner Kodak Cineon para crear un intermedio digital, permitiendo el composición de más de 700 planos con efectos visuales.
La canción "Almost Unreal" de Roxette, incluida en la banda sonora, había sido originalmente escrita para la película Hocus Pocus pero fue reemplazada por una canción de En Vogue, y Roxette cedió luego la suya a la película de Super Mario Bros.
La película recaudó solo 38,9 millones de dólares en todo el mundo frente a un presupuesto de 42-48 millones, resultando en un fracaso financiero, pero con el tiempo ha desarrollado un seguimiento de culto, con remasterizaciones no oficiales como el "Morton-Jankel Cut" realizadas por aficionados a partir de una VHS workprint encontrada.
