Après s'être échappé d'une planète dangereuse dans le Pikmin original, le capitaine Olimar est rentré chez lui en toute sécurité, mais il a découvert que son employeur, Hocotate Freight, est en faillite. Afin de sauver l'entreprise, Olimar et son assistant Louie retournent maintenant sur la planète où vivent les Pikmin, une planète ressemblant beaucoup à la Terre. Leur but est de localiser et de rapporter le plus de trésors possible, qui pourront ensuite être vendus pour sortir Hocotate Freight de la faillite.

Le gameplay est similaire au jeu précédent. Vous contrôlez Olimar ou Louie, mais vous n'êtes pas capable d'accomplir grand chose par vous-même. Pour vous aider, vous pouvez commander les Pikmin, des créatures ressemblant à une plante qui vit sur cette planète. Les Pikmin sont capables d'accomplir diverses tâches, comme déplacer des obstacles, engager le combat et ramener des trésors à votre vaisseau. Il existe plusieurs variétés de Pikmin, chacune ayant des capacités et des caractéristiques spécifiques (les Pikmin rouges sont immunisés contre le feu, les Pikmin bleus peuvent nager, les Pikmin jaunes peuvent être projetés loin, les Pikmin violets sont plus forts et les Pikmin blancs sont rapides et toxiques pour les ennemis s'ils sont mangés par ceux-ci). Vous pouvez commander jusqu'à 100 Pikmin à la fois, et vous devrez tirer parti des capacités uniques de chaque type de Pikmin afin de récupérer des trésors et de passer les nombreuses créatures mortelles ainsi que les obstacles.

Un mode de jeu à deux joueurs est également inclus avec le mode histoire. Dans ce mode de jeu, un joueur contrôle les Pikmin rouges, l'autre contrôle les Pikmin bleus. Le but est d'être le premier joueur à récupérer quatre billes, même en les volant à son adversaire.