디노하탄! 수억년 전 거대한 유성이 지구에 부딪혀 갈라져 나간 3차원의 세계이다. 이곳은 끊임없이 진화하여 한 제국을 이루고 있었고, 이곳의 제왕 쿠퍼는 생존을 위협하는 곰팡이의 번식과 바닥난 자원 해결을 위해 은밀한 지구침공을 계획한다. 이를 위해서는 초자연적인 에너지를 가지고 있는 운석 펜단트가 필요했고, 펜단트의 반쪽은 쿠퍼 자신이 가지고 있었고, 반쪽은 그때 당시 인간세계로 달아난 공주가 가지고 있었다.
이에 펜단트를 찾기위해 쿠퍼는 여자들을 납치하곤 했는데, 이 문제의 펜단트는 공룡을 연구하는 데이지가 하고 있었고, 데이지는 공룡의 후손이자 공주였다. 이때, 데이지는 유적지에서 우연히 쿠퍼의 부하들에게 납치되고, 이를 도우려던 마리오 형제들도 쿠퍼에게 체포된다. 이때 마리오 형제는 쿠퍼의 지구 정복의 무서운 음모를 알게되고 감옥을 탈출하는데…
