Plusieurs personnages de l'univers Mario (dont certains inédits) participent aux courses à bord de modèles de karts plus ou moins loufoques. À la différence de Mario Kart: Double Dash!!, les concurrents sont de nouveau seuls sur leurs véhicules.
Il y a au total treize personnages jouables dans Mario Kart DS. Huit sont initialement jouables, quatre sont à débloquer, et un personnage n'apparaît qu'en mode multijoueur local via le téléchargement DS. À chaque personnage correspond une catégorie de poids (léger, moyen, lourd) qui influe sur l'accélération, la vitesse de pointe et la maniabilité.
Légers : Peach, Yoshi, Toad, Skelerex (à débloquer), Daisy (à débloquer), Maskass (disponible uniquement pour les joueurs rejoignant une partie en mode multijoueur simple et uniquement avec son kart standard, Maskass est le seul personnage jouable à n'avoir qu'un kart)
Moyens : Mario, Luigi, Waluigi (à débloquer)
Lourds : Donkey Kong, Wario, Bowser, R.O.B. (à débloquer)