Mario & Sonic aux Jeux Olympiques de Rio 2016 risque de prime abord de décevoir les adeptes de la licence puisqu'il ne propose que 14 épreuves et pas beaucoup de nouveautés. Les fans retrouveront ainsi sans grande surprise le football, le ping pong ou encore le triple saut, entre autres. Le rugby à 7 fait sa grande entrée – mais avec tout de même quelques petites libertés par rapport aux règles de base – et s'avère une plutôt bonne surprise, avec en plus une prise en main rapide, tout comme la gymnastique rythmique (qui est en fait un jeu de rythme assez basique), même si le niveau de difficulté de cette dernière est malheureusement proche du néant. En dehors des épreuves classiques, trois sports sont aussi disponibles en version ''rêve'', à savoir le foot, le rugby et le beach volley. Dans ces versions, les règles sont différentes : des items peuvent être récupérés sur les terrains (fleur de feu, carapace...) pour mener la vie dure à l'équipe adverse et les points marqués augmentent en fonction des actions effectuées. Par exemple, lors d'échanges au volley, chaque smash qui n'aboutit pas fait grimper le score qui sera attribué au joueur une fois le point marqué. Il est ainsi tout à fait possible de marquer 45 points d'un coup avec un seul but au football. Autant dire que le match n'est pas joué et que tout peut s'inverser jusqu'à la toute dernière seconde...

En dehors de ces modes classiques, avec des sports qui peuvent notamment être pratiqués en tournois (avec qualifications, demi-finales et finales, et même parfois un duel avec un personnage tiré des licences
Mario ou
Sonic, sachant que petit à petit le niveau de difficulté augmente) et qui sont disponibles dans le hub prenant la forme d'une plage où traînent les personnages, d'autres sont déblocables. Ainsi, au bout d'un certain nombre de médailles acquises, le joueur peut obtenir le mode Choc des Héros, qui propose là encore des règles différentes. Ici, une équipe se constitue aléatoirement et le joueur doit choisir entre Mario et Sonic en tant que capitaine. Le but ? Vaincre les adversaires, bien entendu, en les éliminant un par un. Si cela peut évidemment se faire à la loyale, c'est déjà bien plus drôle d'utiliser les jokers mis à disposition. Ces derniers prennent la forme de cartes infligeant des handicaps plus ou moins ardus, comme par exemple l'élimination pure et simple d'un adversaire, et ce sans raison. Appelant à la traîtrise et la fourbiniasserie, ce mode révèle tout son potentiel en multijoueur local où jusqu'à quatre amis peuvent s'affronter. Enfin, plus anecdotique, des rings et des pièces sont offerts après chaque victoire et permettent d'acheter différents petits collectibles et autres tenues pour les Mii.