Mientras cae la noche sobre el Reino Champiñón, una figura solitaria corre alegremente por un camino de adoquines, con los brazos levantados en juvenil abandono, como si la ligereza de su corazón pudiera hacer que despegarse en cualquier momento. ¿Y por qué no iba a sentirse como si volase? El cielo nocturno, salpicado con el polvo estelar de la cola de un glorioso cometa que pasa cerca del reino, proporciona la excusa perfecta para una audiencia con la princesa. Metida en su bolsilla está la nota escrita la nota escrita a mano que acaba de recibir de ella, pidiéndole que comparta con ella las vistas celestiales de este suceso cósmico que solo pasa una vez cada siglo. Y al final de la carta, ella le dice que tiene algo para él. En el pasado ha sido objeto de su gratitud, pero esta nota tiene algo diferente. Algo especial.

Esa figura solitaria que se dirige hacia la princesa no es otro que Mario, valiente aventurero y héroe del Reino Champiñón. La princesa Peach e ha llamado al castillo, ansiosa por compartir algo con él bajo las luces de las estrellas fugaces. Tampoco es Mario el único que se siente feliz esta noche. Todo el reino está radiante gracias al Festival dedicado a la infrecuente pero espectacular aparición del cometa.

Este año, la proximidad de cometa al reino ha creado una brillante lluvia de estrellas fugaces. Los Toads han recogido las estrellas fugaces y las han llevado al castillo. Ante los ojos de la princesa Peach, las estrellas fugaces se convierten en una gran Superestrella, de intenso brillo. La propia princsa Peach encontró una pequeña estrella amistosa, llamada Destello, a la que cogió cariño a lo largo del festival.

Por desgracia, antes de que Mario llegue al astillo, el malvado Bowser interrumpe el festival. Bowser, un viejo conocido del heroico Mario, desciende sobre el reino liderando una flota de aeronaves. Ataca, acribillando el suelo con las balas de cañón de sus naves flotantes. Mario esquiva hábilmente las andanadas, dándose prisa para llegar al castillo y salvar a la princesa Peach antes de que Bowser la pueda secuestrar de nuevo, como ya ha hecho muchas otras veces.

Bowser hace descender su aeronave para hablar con la princesa. Tiene la intención de capturarla, pero algo más atrae su atención, el Destello. Bowser sabe que Mario es demasiado ágil y rápido como para que lo detengan incluso sus poderosas aeronaves, así que prepara una argucia increíble para mantener al héroe lejos de su nuevo plan.

Una sombra en el cielo oculta las estrellas. Una nave enorme se hace visible, colocándose justo encima del castillo. En lugar de dejar su aeronave para quitarle de las manos el Destello a la princesa Pach, Bowser robará todo el castillo. Tres láseres surgen de la parte inferior de la nave, creando un gran círculo alrededor de los terrenos del castillo. Después de separar el castillo de la tierra, enormes garfios se clavan en el suelo. La nave asciende lentamente hacia el cielo, liberando el castillo de sus lazos terrestres.

Pero Bowser no ha sido lo bastante rápido, Mario ha llegado al castillo antes de que la nave bajase del cielo. Decidido a interponerse entre la princesa Peach y Bowser, Mario se agarra con todas sus fuerzas mientras el castillo sale al espacio exterior. Sin embargo, el lacayo de Bowser, Kamek, ve al polizón. El mago baja volando al castillo y lanza un poderoso hechizo que rompe la piedra bajo los pies de Mario. Éste, que queda inconsciente por la explosión, flota por el espacio con los escombros del castillo mientras éste y la princesa Peach desaparecen por el cosmos.

Cuando Mario se despierta, se encuentra en un pequeño planeta, pero no está solo. El Destello amigo de la princesa Peach escapó del castillo y puso a salvo a Mario en el planeta. El Destello le promete ayudar a salvar a su princesa, pero encontrarla en la inmensidad del espacio no será fácil. La pareja debe viajar a través del universo visitando mundos extraños y galaxias extravagantes en su búsqueda. La mera idea de salir de este diminuto mundo parece abrumadora, pero el pequeño Destello, que es muy listo, conoce a alguien con un profundo conocimiento del cosmos que puede ayudarlos, gracias a su propia búsqueda de un ser querido.

Algo inesperado es que, aquí, antes de que saliera Super Mario Galaxy, se iba a llamar Rosalina. Eso puede significar que comparte ambos nombres, por tanto el nombre completo debería ser Princesa Estela Rosalina. No se sabe mucho sobre Estela, la solitaria princesa que navega por el cosmos en el Planetarium, una nave espacial gigantesca que viaja por el espacio celestial. Es una gran amiga de los Destellos, cuidándolos y preocupándose por ellos como si fueran sus hijos. Pero detrás de su mirada hay tristeza. Lleva una vara mágica en la mano la cual le permite efectuar poderes mágicos en cualquier lugar del espacio. Comúnmente, es muy técnica, pero de buen corazón, con una percepción práctica para las cosas. Tiene una actitud bondadosa, que se demuestra cuando ayudó al Destello, a Mario, y cuando salvó a todos del agujero negro (incluyendo a Bowser y a Peach). Su rostro es ausente, y su mirada compasiva.

Me llamo Estela, contemplo las galaxias y constelaciones desde aquí. Para rescatar a tu ser querido hace falta gran cantidad de energía que te permitirá atravesar el cosmos. Te otorgo el poder de los destellos. Al igual que a ti, la desgracia ha venido a nuestro encuentro. Te lo ruego, ve con el destello que te he concedido a rescatar nuestras amigas las Maxiestrellas. Que la fuerza estelar te acompañe.

Mientras Mario viaja por el espacio, Estela tiene tiempo suficiente para ponerse al día en sus lecturas, además de entretener a los Destellos con divertidos libros de cuentos. Allí se reúnen multitud de Destellos nerviosos, reunidos alrededor de Estela mientras ella saca lo que es obviamente uno de sus libros favoritos de las estanterías. Estela abre el libro y empieza a leer un capítulo cada vez a los atentos Destellos. Estela, a primera vista parece una princesa, con la corona, el vestido, el "castillo" (el planetarium), sus sirvientes los Destellos (como ocurre con Peach y Toad), su aspecto responsable... Sin embargo, en el Super Mario Galaxy no se menciona como princesa, sino como "mamá de las estrellas", por su historia:

La historia empieza cuando Estela era pequeña, que se encontró un destello que buscaba a su mamá. Ella fue con él al espacio, pero no la encontraron, asi que Estela propuso ser ella la madre. Con el paso del tiempo hicieron una gran casa. Pero Estela se sentía sola, sin su verdadera familia, y lloraba mucho. El destello quiso ayudarle trayendo a más amigos, y al final juntos crearon su familia.

Cuando Mario le confirma a Estela que es hora de volar al corazón del cosmos y lanzar el ataque, Estela envía al Planetarium del Cometal al espacio profundo. Estela utiliza su magia, coloca el Planetarium del Cometa junto al castillo flotante del Reino Champiñón. Mario cruza corriendo un puente que se extiende entre el Planetarium del Cometa y el castillo. Mientras Mario va a salvar a Peach, Estela transforma el Planetarium del Cometa en una poderosa nave estelar. Ésta se encargará de mantener ocupada a la armada de naves de Bowser mientras Mario se enfrenta con el malvado Bowser en la Dimensión Galáctica, una máquina increíble que Bowser ha construido para crear un universo en el que el gobernaría con Peach a su lado.

Estela aparece como personaje desbloqueable en Mario Kart Wii siendo una conductora pesada puesto que con los karts y motos que elegibles por ella son de la clase pesada.

Hay muchos Destellos en el cosmos, son seres estelares que viven con su Estela en el Planetarium del Cometa. Les encanta comer trozos de estrella. Unos se convierten en galaxias o planetas al darles una determinada cantidad de trozos estrella.

A medida que Mario explora las galaxias conocerá a muchos Destellos distintos desde Nebu, de color negro y ojos azules, el Destello más viejo. Es el acompañante de Estela y muestra a Mario el mapa de las galaxias y dirige las rutas del cosmos a Destello el inseparable compañero de Mario durante sus viajes espaciales. Esta simpática estrellita de color amarillo le proporciona a Mario algunas habilidades asombrosas, como la capacidad de sobrevivir en el vacío del espacio y poder dar vueltas que lo ayudan a librarse de la gravedad y el daño de varios seres peligrosos. También hay Destellos verdes que desbloquean el Anillo estelar verde que lleva a las Galaxias Reto. Al final del juego, Estela cuenta el ciclo de la vida de los Destellos:

Siempre que una estrella se apaga ésta se convierte en polvo cósmico que en su momento volverá a unirse para formar un nuevo todo y recuperar la vida. Así es nuestro ciclo vital. Esa nueva existencia es completamente distinta a la anterior. Cada estrella es singular y vive de forma única... Entonces... toda vida nueva hereda la vida de una nueva galaxia.

El Escuadrón Toad está compuesto por cinco Toads. Aparecerán ocasionalmente para ayudar a Mario en sus naves espaciales con forma de champiñón. Los Destellos les construyeron una nave espacial llamada "Champinave" al Escuadrón con la intención de proporcionarles un vehículo con el que poder surcar el espacio y así poder ayudar a Mario a encontrar las Superestrelas. Cuando Mario visite determinadas galaxias, podrá usar la nave de los Toads como plataforma para enlazar planetas. Los Toads llegan incluso a encontrar Superestrellas por sí mismos y las guardarán hasta que Mario llegue hasta donde estén en la galaxia.

El Toad rojo, el líder y algo miedoso es el consejero de confianza de la princesa Peach. El Reino Champiñón y él siempre están al servicio de Peach, así que cuando Bowser roba el castillo y se lo lleva al espacio, Toad y sus amigos ayudan a Mario a recuperarlo y traer de vuelta a la princesa. Él y sus compañeros El Toad azul lleva puestas unas gafas y proporciona consejos a Mario. El Toad verde es constructor y casi siempre porta una picota y el Toad amarillo es infantil y tiende a quedarse dormido. El Toad púrpura a quien le gusta bucear es cartero y entrega el correo. A veces la princesa Peach le enviará a ario cinco champiñones vida extra para ayudarlo en sus viajes por el universo.

Bowsy le ha estado dando problemas a Mario desde que se conocieron en Isla Delfino, donde seguía las órdenes de su padre, el gran rey Koopa Bowser. Cuando Mario empiece la caza de Bowser por el universo. Bowsy intentará interceptar al fontanero para que su padre se sienta orgulloso. ¿Pero de verdad tiene el pequeño secuaz Koopa las agallas para detener de una vez al héroe del Reino Champiñón?

Bowsy patrulla la frontera de las galaxias Mirador, vigilando al entrometido de Mario mientras su papá sigue trabajando en sus maléficos planes. Después de que Mario desbloquee la Dimensión Robot de Bowsy el héroe deberá recorrer el cosmos para luchar contra el vástago de Bowser por el control de otra rara Maxiestrella. En cuanto Mario se posa en la pequeña luna dominada por el enorme Megatrípode, Bowsy desciende de su nave. Duda que Mario pueda soportar el aplastante poder de los miembros titánicos de Megatrípode, así que se confía y se marcha a la siguiente galaxia dejando a Mario para que muera. Mario le demuestra a ese tipejo que se equivoca.

Vuelven a encontrarse en la Dimensión Nave de Bowsy. Bowsy se ocupa personalmente y lanza un ataque directo contra el héroe del Reino Champiñón. Bowsy aparece con su propia aeronave y la bajará para provocar a Mario desde su posición segura en el espacio, protegido con una peligrosa battera eléctrica. La aeronave va armada con seis cañones, así que Mario tendrá que agacharse, esquivar y tirarse al suelo para evitar las andadas y devolver los disparos a Bowsy. Posteriormente, en un último combate Bowsy pide ayuda a un rostro familiar: Frikipulpo.

Bowser es el gran villano del Reino Champiñón que escupe fuego, una vil criatura centrada en capturar a la princesa Peach y tomar el control del reino para lograr sus malvados objetivos. Dirige un gran ejército de Goombas, Koopas y otros malvados que acatan sus órdenes sin dudarlo. Mario siempre logra salvar a la princesa de Bowser y detener sus planes, pero el bruto nunca aprende.

Mario arrincona finalmente a Bowser en el corazón del cosmos, pueda meter algo de sentido común en el bribón. Mario terriza sobre una larga escalera que asciende hacia el cielo. Bowser provoca a Mario desde lo alto de la misma revelándole que Bowsy tiene a la princesa Peach a bordo de su nave. Bowsey la mantiene lejos d su alcance, picando a Mario para que se enfrente con su padre, el gran Bowsr.. En lo alto de la escalera, Bowser le cuenta su plan a Mario. Su Dimensión Galáctica hará que este universo se colapse sobre sí mismo, creando un nuevo cosmos que Bowser controlará. Su reinado durará 10.000 años y tendrá a la princesa Peach a su lado. Mario no puede permitir que Bowser libere tal destrucción sobre el universo, así que lo desafía a un combate final. Bowser está encantado de aceptar. Retorciendo la gravedad en su propio beneficio empujará a Mario a un serie de planetoides pequeños que orbitan alrededor de la Dimensión Galáctica. Mario debe llegar hasta ella, pero primero tiene que pasar a través de Bowser:

Ha llegado el momento. Solo quedan los últimos retoques al Astro Rey de mi nuevo espacio cosmogónico ¡Contempla! ¡Edificaré un Imperio Galáctico que perdurará milenios! ¡Y lo gobernaré junto a Peach desde esta estrella! ¡Será el centro de MI imperio! ¡Mis dominios se extenderán como el Big Bang a todo el espacio conocido! ¡Y he de asegurarme de que tú, Mario, desaparezcas de la faz del espacio!

La princesa Peach, benevolente gobernante del Reino Champiñón, ha sido amiga de Mario desde hace años. En los momentos de necesidad, siempre puede confiar en la ayuda de Mario. Cuando Bowser la secuestra y la lleva por las galaxias, se separa de su querido Destello. Por suerte, el Destello ayudará a Mario a rescatarla de Bowser antes de que el malvado pueda completar el gran plan que está preparando a bordo de su increíble flota de aeronaves.

De vez en cuando, el secretario de la Princesa Peach enviará cartas a Mario incluyendo cinco champiñones vida. Cuando el jugador controla a Luigi, Peach todavía envía las cartas a su hermano. Al final del juego, Peach se levanta en el Reino Champiñón junto a Mario y Bowser. Lo último que ve ella es el hermoso cielo y las otras criaturas que Mario ha ido conociendo a lo largo de su aventura y que ahora están en su reino.