O Super Monkey Ball 3D é controlado pelo analógico ou inclinando o Nintendo 3DS, o que melhora muito a jogabilidade em relação ao Nintendo DS.
Macacos rolam por ambientes tridimensionais em vastos cenários para coletar bananas, sempre com o desafio de não cair pelas beiradas do ambiente. O objetivo do jogo é chegar até o final das fases sem cair, e coletar a maior quantidade possível de bananas.
Além disso, existe o novo modo Kart Racer, onde você embarca em um Kart, com o objetivo de chegar ao final em primeiro lugar.
Por fim, existe o modo Fight Mode, que lembra muito a famosa série Super Smash Bros. Você luta individualmente ou em grupos, tentando derrubar seus oponentes da plataforma, coletando o maior número de bananas durante o processo.