Os níveis do jogo consistem em galáxias cheias de planetas menores e mundos, cada um com variações de gravidade, o elemento central da jogabilidade. O conceito do uso de plataformas esféricas foi conceitualizado a partir de ideias usadas em Super Mario 128, uma demonstração tecnológica de 2000. O desenvolvimento de Super Mario Galaxy começou logo depois do lançamento de Donkey Kong Jungle Beat em 2004, após Shigeru Miyamoto ter sugerido que a Nintendo deveria produzir um jogo Mario em grande escala. A trilha sonora foi composta por Mahito Yokota e Koji Kondo, usando uma orquestra pela primeira vez na série.
Super Mario Galaxy foi um grande sucesso comercial e de crítica, sendo considerado um dos melhores jogos eletrônicos da história. Os críticos elogiaram sua jogabilidade, mecânicas de gravidade, trilha sonora e ambientação. Ele venceu vários prêmios entregues por diversas publicações, incluindo muitos na categoria de "Jogo do Ano". O título vendeu mais de 12,75 milhões de cópias mundialmente, tornando-se o nono jogo mais bem vendido na história do Wii, além de o título Super Mario tridimensional de maior sucesso. Uma sequência direta chamada Super Mario Galaxy 2 foi lançada em 2010.