Mario Kart DS - це продовження багаторічної серії гоночних ігор, яка розпочалася на Super Nintendo. У ній представлено 16 нових трас, а також 16 трас з попередніх 4 ігор, причому кожен набір розділений на Нітро і Ретро Гран-прі відповідно. Спочатку доступні вісім гонщиків, кожен з яких має два карти на вибір. Також можна розблокувати ряд персонажів і додаткових картів. В арсенал додані нові предмети, в тому числі кальмар Blooper, який бризкає чорнилом на екрани інших гравців, і Bullet Bill, який перетворює гравця в гігантську кулю, що швидко рухається на автопілоті.
Однією з особливостей цієї версії є підтримка гри в Інтернеті через мережу WiFi від Nintendo. Власники MKDS можуть кинути виклик до 3 інших людей в режимі Гран-прі на 20 з 32 трас. Гравці також можуть зустрічатися з друзями, обмінюючись "Дружніми кодами", які генеруються на основі використовуваної DS та копії гри, якою вони володіють. Користувацькі емблеми для використання на картах підтримуються за допомогою програми для малювання гри.
Також присутній режим битви з підтримкою 8 гравців та 6 трасами. Цього разу на вибір пропонується два режими: "Balloon Battle" і "Shine Runners". Balloon Battle схожий на попередні версії цього режиму, за винятком того, що кожен гравець починає тільки з однією повітряною кулькою, а 5 - в резерві. Гравці можуть мати 2 додаткові повітряні кульки, утримуючи кнопку Select, стоячи на місці, щоб надути їх, або дмухнувши в мікрофон DS. "Shine Runners" ставить перед гравцями завдання збирати "блискітки", а переможцем стає той, хто збере їх найбільше.
Новинкою серії є "Режим місії", який складається з серії однокористувацьких цільових місій. Кожна місія відбувається на ділянці гоночної траси і ставить перед гравцем завдання, які зазвичай не зустрічаються в інших ігрових режимах. Такі завдання включають збір монет на трасі, використання предметів для знищення ворогів та проходження через пронумеровані ворота. Місії розділені на 6 наборів по 8, з 9-ю місією в кожному, де гравці повинні битися з персонажем-босом.