Mario Kart DS - это продолжение долгоиграющей серии гоночных игр, начавшейся на Super Nintendo. В ней представлены 16 новых трасс, а также 16 трасс из предыдущих 4 игр, причем каждый набор разделен на Nitro и Retro Grand Prix соответственно. Изначально доступны восемь гонщиков, каждый из которых имеет два картинга на выбор. Также можно разблокировать несколько персонажей и дополнительные картинги. В арсенал добавлены новые предметы, в том числе кальмар Блупер, который разбрызгивает чернила на экраны других игроков, и заряд Bullet Bill, превращающий игрока в огромную, быстро летящую пулю на автопилоте.
Одной из особенностей этой версии является поддержка сетевой игры через Интернет с помощью службы WiFi от Nintendo. Владельцы MKDS могут сразиться с тремя другими игроками в режиме Гран-при на 20 из 32 трасс. Игроки также могут объединяться с друзьями, обмениваясь "кодами друзей", которые генерируются в зависимости от используемой DS и копии игры. Пользовательские эмблемы для использования на картингах поддерживаются через программу рисования игры.
Режим битвы также присутствует с поддержкой 8 игроков и 6 трассами. На этот раз на выбор предлагается два режима: "Битва на воздушных шарах" и "Блестящие гонщики". Balloon Battle похож на предыдущие версии этого режима, за исключением того, что каждый игрок начинает только с одним воздушным шаром и 5 в запасе. Игроки могут получить 2 дополнительных шарика, либо удерживая кнопку Select, стоя на месте, чтобы надуть их, либо дуя в микрофон DS. В игре "Shine Runners" игрокам предстоит собирать "блестки", причем победителем становится тот, у кого их больше.
Новинкой в серии является "Режим миссий", который состоит из серии одиночных миссий, основанных на целях. Каждая миссия проходит на одном из участков гоночной трассы и ставит перед игроком задачи, которые обычно не встречаются в других режимах игры. Такие задания включают сбор монет на трассе, использование предметов для уничтожения врагов и гонки через пронумерованные ворота. Миссии разделены на 6 наборов по 8 миссий, в каждой из которых игрокам предстоит сразиться с персонажем-боссом.