Una vez comprado, New Super Luigi U se puede seleccionar desde el menú principal de New Super Mario Bros. U (NSMBU). La historia principal es casi idéntica a la del original, con la omisión de Mario.^[1]​ El jugador controla a Luigi con el objetivo de atravesar cada nivel de izquierda a derecha para llegar al final, identificado con un mástil con una bandera.^[2]​^[3]​ A lo largo de los mismos hay varios enemigos y peligros que dificultan la progresión.^[4]​ Las fases también contienen potenciadores que, al recogerlos, otorgan nuevas habilidades; por ejemplo, la flor de fuego le permite lanzar bolas de fuego y el Traje de ardilla voladora te posibilita planear en el aire. Cada uno contiene tres «monedas estrella» que sirven como objetos coleccionables.^[3]​^[5]​ Los niveles se dividen en ocho «mundos»,^[3]​ y en ellos se producen encuentros con uno de los Koopalings.^[2]​ Se seleccionan en un mapa con caminos ramificados. En comparación con NSMBU, se han rediseñado para que sean más difíciles y no contienen puntos de control,^[6]​ pero son considerablemente más cortos en longitud. Se tiene cien segundos para completarlo.^[5]​ Con el Wii U GamePad, el usuario puede usar su pantalla táctil para colocar plataformas temporales sobre las que apoyarse a su discreción.^[1]​

Aunque conserva el mismo esquema de control que Mario, Luigi tiene menos fricción y se desliza con mayor facilidad,^[5]​ y también salta más alto y se mueve más despacio en el aire.^[3]​ Una vez completado el juego, se cuenta la opción de desactivar estos cambios físicos. En sustitución de Mario aparece Nabbit, originalmente un personaje no jugador que apareció en NSMBU como antagonista.^[7]​ Es invulnerable al daño enemigo y gana vidas extra de forma constante con el tiempo, pero a cambio no puede usar potenciadores.^[8]​^[9]​ También se puede jugar con otros dos personajes, Toads amarillo y azul, que conservan la misma características físicas del original. Cada uno puede ser controlado por un usuario individual en un modo multijugador de hasta cuatro personas.^[10]​^[4]​

Nintendo EAD desarrolló New Super Luigi U, los creadores de New Super Mario Bros. U. Hicieron el contenido descargable (DLC) para destacar a ese personaje debido al Año de Luigi, una campaña de mercadotecnia que conmemoraba el treinta aniversario de su aparición en Mario Bros. (1983). El productor Takashi Tezuka ideó el concepto de uno centrado en Luigi.^[11]​ Tezuka afirmó que el objetivo principal era «cambiar la opinión que la gente tiene sobre los DLC».^[12]​ Varios programadores del equipo de New Super Mario Bros. 2 se incorporaron para diseñar nuevos trucos que no se solaparan con el juego base, con el fin de ayudar a diferenciar el DLC de NSMBU.^[11]​

Según Tezuka, los programadores consideraron inicialmente ideas para el DLC que eran mucho más modestas que el producto final, y se decidieron por crear más niveles jugables para el modo Boost Rush, similares al que se encuentra en New Super Mario Bros. 2. Los conceptos para los trucos que se encuentran en las nuevas fases se conceptualizaron con bastante rapidez; la similitud entre el nuevo DLC y el título de 3DS «empezó a molestar» a Tezuka.^[13]​ Cuando le pidió al director, Masataka Takemoto, que empezara desde cero con una nueva idea, este aceptó la oferta porque creía que los fanáticos se preguntarían por qué no estaba incluido en el juego base. El nuevo objetivo de Takemoto era crear uno más grande que New Super Mario Bros. 2, y esperó a que se lanzara su DLC para comprobar cómo lo recibiría el público.^[11]​ Apenas se estrenó, tal y como esperaban, los seguidores se sintieron decepcionados porque el contenido era demasiado básico como para estar protegido por una barrera de pago.^[13]​

Cuando reanudaron la producción del DLC de New Super Mario Bros. U, experimentaron con el concepto de etapas «extremadamente cortas pero con una dificultad creciente». Lo hicieron porque consideraron que los usuarios que lo completaran buscarían un desafío más difícil, pero hacer que cada nivel tuviera la misma longitud que el título base haría que la experiencia fuera «agotadora». Takemoto vio el cambio de longitud desde un ángulo diferente; se dio cuenta de que cada entrega posterior de la serie Super Mario tenía fases más largas que la anterior. Su objetivo era crear uno con una duración similar a la de Super Mario Bros. 3 para facilitar su accesibilidad. Para que los jugadores publicaran sobre New Super Luigi U en la plataforma social Miiverse, hicieron hincapié en añadir al menos un «punto de referencia» en cada escenario, como pixel art de Luigi, pegatinas y objetos con forma del personaje en el fondo, para animarlos a difundir sus hallazgos. A partir de ahí, otros usuarios podrían dedicar tiempo a intentar buscarlos. Tezuka se oponía inicialmente a un lanzamiento físico porque estaba diseñado para atraer a que ya habían completado New Super Mario Bros. U. Cambió de opinión tras considerar a un público que nunca lo había jugado y que podría utilizar el DLC como punto de partida.^[13]​

Cuando Tezuka sugirió por primera vez que Luigi fuera el personaje central, Takemoto respondió: «¿De qué estás hablando?». Apenas insistió y volvió a plantear la idea unos días más tarde, Takemoto la tuvo en cuenta; se dio cuenta de que convertirlo en el protagonista consolidaría aún más el juego como una experiencia independiente. El cambio añadió nuevos controles para este y facilitó ciertos conceptos de nivel en los que la finalización era dificultada por los mandos estándar.^[13]​

Después de que Tezuka convenciera a Takemoto para que omitiera por completo a Mario, se barajaron otras opciones para sustituirlo. La idea original era incluir un tercer Toad, pero finalmente la descartaron porque hacía que el multijugador resultara demasiado confuso.^[14]​ La princesa Peach nunca se tuvo en cuenta porque «está en algún lugar lejano y necesita ser rescatada». Tras considerar las opciones enemigas, Takemoto eligió a Nabbit, un personaje que apareció por primera vez en New Super Mario Bros. U como un PNJ. Le pidió a un programador específico que creara un prototipo; al principio se mostró escéptico con la idea, pero se sorprendió al descubrir que funcionaba bien, y llamó a Takemoto para contarle sus descubrimientos incluso antes de verlo en persona.^[13]​ También consideraron e incorporaron la posibilidad de que pudiera esquivar a los rivales por completo, tal y como hace en el original, lo que finalmente incluyeron en la versión final; consideraron que era una buena característica para los principiantes o los jugadores menos experimentados.^[11]​ Esto coincidía con una de las filosofías de Shigeru Miyamoto sobre el diseño de videojuegos: «Una idea es una solución única que resuelve múltiples problemas a la vez».^[13]​

En un Nintendo Direct de febrero de 2013 anunciaron el juego, que coincidió con las informaciones de Luigi's Mansion: Dark Moon y Mario & Luigi: Dream Team. Lo presentó el director ejecutivo, Satoru Iwata; no se mencionó la fecha de lanzamiento ni el precio, ya que aún quedaba mucho para que estuviera terminado.^[15]​ En el E3 2013, la empresa reveló más detalles y anunció que Mario se omitiría por completo del DLC y sería sustituido por Nabbit. También notificaron que el contenido descargable no solo debutaría para la eShop de Wii U, sino también como una copia física independiente, con una caja verde en lugar de azul. La variante de la eShop salió a la venta el 19 de junio en Japón y al día siguiente en todo el mundo, y la versión comercial el 13 y 26 de julio en Europa y Japón respectivamente, y el 25 de agosto en Norteamérica.^[16]​ En noviembre lanzaron un paquete para la consola que incluía NSMBU y New Super Luigi U.^[17]​ Este, junto con el título base original, se incluyeron juntos y lo reditaron para Nintendo Switch con otros cambios en la mecánica como New Super Mario Bros. U Deluxe en 2019.^[18]​

El 27 de julio, Takemoto publicó un mensaje en Miiverse y anunció que Nintendo organizaría un desafío para sus jugadores; el objetivo era completar el modo historia principal al recoger el menor número posible de monedas.^[19]​ En el mes posterior al lanzamiento, la compañía se asoció con la Autoridad de Tránsito de Chicago para cambiar el nombre de uno de sus sistemas de la línea marrón «L» de Chicago por el de «Luigi Line». Rediseñaron el tren con una combinación de colores verdes e incluía ilustraciones de la celebración y otro material promocional del videojuego. Se colocaron quioscos en la segunda planta de la estación Clark/Lake para que los transeúntes pudieran probar una demo,^[20]​ y una persona disfrazada del personaje era un pasajero habitual.^[21]​ La promoción se mantuvo desde el 12 de agosto hasta el 8 de septiembre, tras lo cual volvió a la normalidad.^[20]​ Durante toda la campaña, la cuenta oficial de Twitter de Nintendo of America modificó su apariencia para que pareciera la del protagonista y la utilizaron para publicar fotos que visitaba diferentes lugares de Chicago, Illinois.^[22]​ Ese mismo mes también se estrenó el falso documental Finding Luigi – Legend of Parkour, publicado en el canal oficial de YouTube de Nintendo. El vídeo presenta a Luigi como una «leyenda del parkour», que ha desaparecido misteriosamente de la industria, y el equipo de rodaje intenta reunirse con Nabbit, que se encuentra fugado, para averiguar su paradero actual.^[23]​^[24]​

New Super Luigi U recibió «críticas generalmente favorables», según el sitio web agregador de reseñas Metacritic, con una puntuación de 77/100 basada en 59 comentarios.^[25]​ La mayoría de los críticos alabaron la dificultad,^[8]​^[3]​^[4]​ con Jan Wobbeking de 4Players lo comparó con la del título exclusivo para Japón Super Mario Bros.: The Lost Levels.^[6]​ Thomas Whitehead de Nintendo Life valoró el aumento de la complejidad y elogió el uso del tiempo limitado y las plataformas más intensas para lograrlo. Al principio consideraron que los saltos eran innecesarios, pero el cambio finalmente se convirtió en algo «natural».^[4]​ El crítico de Polygon, Phillip Kollar, lo analizó era «el contenido de Mario más difícil que Nintendo ha creado en décadas». Algunos lo elogiaron como un nuevo reto para los jugadores tras completar NSMBU, pero solo pensaban en los veteranos de la serie; Vince Ingenito de IGN lo calificó como «una versión resumida de un gran juego de plataformas 2D de ritmo rápido» y dijo que, en general, era una variante única de la fórmula estándar de Super Mario.^[1]​^[3]​ En contraposición, Kollar señaló la falta de atención a las nuevas personas, y aunque estaba equilibrado hacia el usuario, era demasiado «implacable» como para animar a realizar más intentos.^[1]​ En su artículo para Eurogamer, Chris Schilling se mostraba cada vez más frustrado por el tiempo que transcurría entre morir y abrir un nivel, y comparaba negativamente la experiencia con Super Meat Boy, que lo reinicia inmediatamente después de fallar.^[2]​ 4Players destacó una serie de publicaciones realizadas en Miiverse, en las que los usuarios expresaban su frustración por la dificultad.^[6]​ A pesar de los cambios, GameSpot consideró que la experiencia era demasiado similar a NSMBU.^[26]​

Los reseñantes elogiaron el diseño de los niveles,^[4]​^[1]​^[27]​ pero algunos reprocharon otras pequeñas molestias que perjudicaban la experiencia general.^[2]​^[5]​ Ingenito notó que el límite de tiempo de cien segundos tenía un fuerte «efecto psicológico» y atribuyó al temporizador decreciente muchos de sus errores.^[3]​ Kollar disfrutó de este aspecto, pero al final se sintió frustrado porque dejaba poco margen para jugar a su propio ritmo o para ver los gráficos;^[1]​ Jeff Grubb de VentureBeat compartió opiniones similares.^[27]​ Schilling consideraba que el diseño de las fases era desafiante pero poco interesante, debido a que la mayoría solo tenía un camino directo para completarlos y no daba al jugador mucha libertad para explorar.^[2]​ Henry Gilbert de GamesRadar calificó los niveles más cortos como «impresionantemente compactos» y consideró que el concepto de acortarlos era positivo al tener en cuenta a los veteranos de la serie.^[8]​ Whitehead aplaudió los trucos encontrados y mencionó eventos memorables que, en su opinión, limitaban la creatividad de Nintendo.^[4]​ Jeremy Parish de USGamer conjeturó que era frustrante, no por su dificultad intencionada, sino porque otros cambios en el control de Luigi no encajaban bien con el diseño preciso y rápido de los escenarios. Consideraron que el concepto iba en contra de la fórmula estándar de Super Mario, que permite explorar cada uno a voluntad. En general, lo encontraron que era demasiado exigente y prefirieron el contenido descargable de New Super Mario Bros. 2.^[5]​

Se criticó mucho el sistema de control de Luigi por su imprecisión.^[6]​^[2]​^[3]​^[5]​ Schilling lo reprochó, no por su funcionamiento, sino porque no encajaban bien con el diseño de los niveles, que se centraba en la precisión y, por lo tanto, no resaltaba su movimiento resbaladizo. Apreciaba la posibilidad de revertir los controles tras completarlo, pero calificó el concepto general como «una clavija verde en un agujero rojo».^[2]​ El reseñante de Game Informer, Dan Ryckert, tuvo dificultades para acostumbrarse al cambio dinámico en la mecánica con respecto a la entrega base, pero en general disfrutó de la experiencia.^[10]​ 4Players notaron la complejidad de controlar al personaje en las complicadas secuencias de plataformas, pero el salto más alto ayudó a evitar el fracaso.^[6]​ Ingenito reprochó el diseño de las fases por no justificar los movimientos de Luigi y, aunque aumentaba la dificultad, no lo hacía de forma justa. Sin embargo, apreciaban los saltos más altos y a menudo los aprovechaban al máximo.^[3]​ En cambio, Kollar consideraba que encajaban bien con el conjunto de sus movimientos y que solo era cuestión de tiempo acostumbrarse a ellos.^[1]​

Los analistas también se opusieron al modo multijugador,^[8]​^[4]​ con opiniones encontradas dirigidas hacia Nabbit.^[10]​^[8]​ Ryckert lo consideró era una incorporación útil dirigida a los nuevos usuarios que no se sentirían cómodos con el aumento de la dificultad.^[10]​ Gilbert criticó el multijugador; dijo que se centraba principalmente en el modo para un solo jugador y que la mayoría de los niveles eran imposibles de superar con cuatro personas que participaban simultáneamente. También creían que Nabbit causaba «problemas inesperados» al estar desequilibrado en comparación con los demás personajes.^[8]​ Whitehead valoró su uso como una opción más accesible, pero en general lo consideró «desacertado» y, debido a la incorporación de un modo multijugador difícil de manejar, sugirió utilizar en su lugar el de NSMBU.^[4]​

New Super Luigi U debutó la misma semana que Pikmin 3, otro título muy esperado de Nintendo que también salió a la venta en exclusiva para Wii U, lo que eclipsó a este juego en comparación. Las ventas japonesas de la copia física ascendieron a 24 881 unidades, unas 1000 menos que Tomodachi Collection: New Life y aproximadamente un tercio de las de Pikmin 3.^[28]​^[29]​ A finales de agosto, las compras en Norteamérica alcanzaron las 120 000 unidades.^[30]​ En mayo de 2014, Nintendo reportó que alcanzó 1,76 millones, aunque la compañía enfrentó un fracaso financiero ese año debido a las malas ventas de la consola, lo que resultó en una pérdida neta de 457 millones de dólares.^[31]​^[32]​ Hasta 2020, había vendido 3,07 millones y es el octavo videojuego más adquirido de Wii U.^[33]​

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