Il produttore Roland Joffé ottenne i diritti del film incontrando personalmente il presidente di Nintendo Hiroshi Yamauchi a Kyoto, ripartendo con un contratto da 2 milioni di dollari; Nintendo, pur mantenendo i diritti di merchandising, non chiese alcun controllo creativo, ritenendo il marchio Mario abbastanza forte da permettersi un esperimento.
La prima sceneggiatura fu scritta dal premio Oscar Barry Morrow e assomigliava così tanto al suo precedente film Rain Man che in produzione venne soprannominata "Drain Man"; venne poi sostituita da una versione più vicina a un'avventura in stile Il mago di Oz.
Prima dell'arrivo dei registi Rocky Morton e Annabel Jankel (creatori di Max Headroom), il regista Harold Ramis rifiutò l'offerta di dirigere il film, decisione che in seguito definì la sua scelta di carriera più intelligente.
Poco prima delle riprese, la Walt Disney Studios acquisì i diritti di distribuzione tramite Hollywood Pictures e richiese una riscrittura della sceneggiatura da parte di Ed Solomon, senza informare i registi Morton e Jankel né il cast già scritturato, rendendo il nuovo copione incompatibile con le scenografie già costruite.
Dustin Hoffman tentò per primo di acquisire i diritti del film volendo interpretare Mario con Danny DeVito nei panni di Luigi e Barry Levinson alla regia, progetto poi abbandonato per conflitti di programmazione di DeVito.
Arnold Schwarzenegger e Michael Keaton furono entrambi contattati per interpretare Re Koopa ma rifiutarono il ruolo, così come Tom Hanks fu scartato per Luigi a causa di una serie di recenti flop al botteghino.
Bob Hoskins inizialmente odiava la sceneggiatura e non voleva fare un altro film per famiglie dopo Chi ha incastrato Roger Rabbit e Hook, ma accettò dopo che il produttore Roland Joffé continuò a inviargli nuove revisioni dello script.
Il musicista Mojo Nixon fu scelto per interpretare Toad perché la produzione voleva un musicista vero per il ruolo; la prima scelta, Tom Waits, non era disponibile, e l'agente di Nixon lo propose come "un Tom Waits di terza categoria, a metà prezzo".
Le riprese si svolsero dal 6 maggio al 27 luglio 1992 negli studi Carolco Studios di Wilmington, North Carolina, utilizzando come location una fabbrica di cemento abbandonata, la Ideal Cement Co., la cui struttura in cemento fu integrata direttamente nella scenografia.
Durante la lavorazione i registi Morton e Jankel furono temporaneamente estromessi dalla sala montaggio e dovettero far intervenire la Directors Guild of America per riottenere l'accesso al montaggio del film.
Bob Hoskins e John Leguizamo si ubriacavano prima di ogni giornata di riprese e continuavano a bere tra un ciak e l'altro, secondo quanto raccontato dallo stesso Hoskins.
Dennis Hopper rimase sul set per 17 settimane anziché le 5 previste inizialmente, definendo l'esperienza un incubo dovuto anche al forte sforamento di budget della produzione.
Il supervisore delle creature Patrick Tatopoulos, consapevole della produzione contemporanea di Jurassic Park, decise di disegnare i dinosauri del film in modo più tenero e cartoonesco, ispirandosi a Beetlejuice invece che a un approccio realistico.
Per animare Yoshi furono costruite quattro versioni del pupazzo, tra cui un modello completamente funzionante azionato da 70 cavi e nove operatori, costato 500.000 dollari; i produttori di Jurassic Park, colpiti dal risultato, considerarono brevemente di assumere gli stessi ingegneri.
Super Mario Bros. è stato il primo film a utilizzare il software di compositing Flame (poi acquisito da Autodesk) e il primo a essere scansionato con lo scanner Kodak Cineon per creare un intermedio digitale, permettendo il compositing di oltre 700 inquadrature con effetti visivi.
La canzone "Almost Unreal" dei Roxette, inclusa nella colonna sonora, era stata originariamente scritta per il film Hocus Pocus ma venne sostituita con un brano degli En Vogue, e i Roxette la cedettero poi al film di Super Mario Bros.
Il film incassò solo 38,9 milioni di dollari nel mondo a fronte di un budget di 42-48 milioni, risultando un flop finanziario, ma nel tempo ha sviluppato un seguito di culto, con rimasterizzazioni non ufficiali come il "Morton-Jankel Cut" realizzate da appassionati a partire da una VHS workprint ritrovata.
