Rozgrywka Mario & Sonic at the Olympic Winter Games zachowuje mechanikę rozgrywki poprzedniej części. Gracz steruje postacią na ekranie w autentycznych konkurencjach olimpijskich, a sterowanie dostosowano osobno do Wii i do DS. Przejście od igrzysk letnich do zimowych przyniosło jednak w obu wersjach pewne zmiany w sterowaniu i mechanice gry. Wiele konkurencji w wersji na Wii polega głównie na zjeździe ze stoku, dlatego sterowanie ruchowe opiera się w niej bardziej na przechylaniu i obracaniu kontrolera niż na szybkich, energicznych gestach, takich jak potrząsanie kontrolerem i machanie nim. Niektórymi z tych konkurencji można więc sterować również za pomocą akcesorium . Z wersji na Wii usunięto też mechanikę wytrzymałości, którą zastąpiła statystyka przyspieszenia. Prawie połową konkurencji w wersji na DS steruje się przyciskami, a w pozostałych gracz, tak jak w poprzedniej części, posługuje się rysikiem i ekranem dotykowym.