آلیس در یک روز گرم تابستانی خواب آلود در ساحل رودخانه نشسته است، ناگهان چشمش به خرگوش سفیدی می‌افتد که جلیقه‌ به تن در کنارش می‌دود. خرگوش ساعت جیبش را نگاه می کرد و فریاد می زد که دیر شده است. آلیس خرگوش سفید را تعقیب می کند و به راهروی بزرگی می رسد که درهای زیادی در آن وجود دارد. او در کوچکی را باز می کند. وارد که می شود باغ زیبایی را می بیند اما وقتی متوجه می شود که نمی تواند از در عبور کند شروع به گریه می کند. او یک بطری پیدا می کند که رویش نوشته شده “مرا بنوش” و آن را سر می کشد. او برای گذشتن از در به اندازه کافی کوچک می شود اما نمی تواند وارد شود چرا که حالا قدش به کلیدی که روی میز بالای سرش قرار دارد نمی رسد. آلیس حالا کیکی را پیدا می کند که رویش نوشته شده “مرا بخور” که خوردنش باعث می شود قد و قامت غول آسا پیدا کند. آلیس که حالا نمی تواند از در بگذرد و وارد باغ شود، دوباره شروع به گریه می کند و قطرات بزرگ اشکش حوضچه ای را پیش پای او به وجود می آورد. همچنان که آلیس گریه می کند، کوچک می شود و در برکه اشکهای خودش می افتد. حوض اشک به دریا تبدیل می شود و پس از اینکه از این دریا می گذرد با یک موش روبرو می شود. موش آلیس را همراهی می کند، آنجا تعدادی از حیوانات در کنار ساحل جمع شده اند. آلیس حیوانات را با داستان های گربه خود، دینا می ترساند و دوباره خود را تنها می بیند.

آلیس دوباره با خرگوش سفید ملاقات می کند که این دفعه او را با یک خدمتکار اشتباه می گیرد و می فرستدش تا وسایلش را بیاورد. در حالی که آلیس در خانه خرگوش سفید است، محتویات یک بطری را می نوشد و به اندازه اتاق بزرگ می شود. خرگوش سفید به خانه‌اش باز می‌گردد و آلیس غول‌پیکر با دست بزرگش او و خدمتکارانش را از بین می‌برد. حیوانات بیرون سعی می کنند او را با پرتاب سنگ هایی از خانه خارج کنند که وقتی در خانه فرود می آیند به طرز غیرقابل توضیحی تبدیل به کیک می شوند. آلیس یکی از کیک ها را می خورد که باعث می شود به اندازه همان کیک سابقا قلوه سنگ کوچک شود. آلیس راهی در جنگل شده و در آن سرگردان می شود، آنجا با هزارپایی روبرو می شود که روی قارچ نشسته است. هزارپا و آلیس با هم درگیر می شوند، اما قبل از اینکه هزارپا از آنجا بگریزد به آلیس می گوید که قسمت های مختلف قارچ باعث بزرگ یا کوچک شدن او می شود. آلیس قسمتی از قارچ را می چشد و گردنش تا بالای درختان می رسد. کبوتری او را می بیند و به او حمله می کند چرا که فکر می کند او ماری است که به دنبال تخم کبوترها تا آن بالا آمده.

آلیس قسمت دیگری از قارچ را می خورد و به قد و قامت معمولش باز می گردد. او سرگردان است تا اینکه به خانه دوشس می رسد، وارد آنجا می‌شود و دوشس را می‌یابد که در حال شیر دادن به یک نوزاد جیغ می‌کشد، و همچنین یک گربه و آشپزی که مقادیر زیادی فلفل را در یک دیگ سوپ می‌ریزد. دوشس با آلیس رفتار گستاخانه ای دارد و سپس می رود تا برای یک بازی با ملکه آماده شود. دوشس با رفتنش، بچه ای را به آلیس می دهد که آلیس متوجه می شود خوک است. آلیس خوک را رها می کند و دوباره وارد جنگل می شود و در آنجا دوباره گربه را ملاقات می کند. گربه به آلیس توضیح می دهد که همه در سرزمین عجایب دیوانه هستند، از جمله خود آلیس. گربه راه خانه خرگوش مارچ نشان می دهد و غیبش می‌ زند. آلیس به خانه خرگوش مارچ می رود و آنجا خرگوش مارچ و دو دوست دیگرش را در حال خوردن چای با هم می بیند. آلیس بدون دعوت در مهمانیشان شرکت می کند و متوجه می شود که آنها به نفرینی دچار شده اند و در زمان چای خوردن تا ابد به دام افتاده اند. آلیس آنها را ترک می کند و در جنگل سفر می کند. او درختی را پیدا می‌کند که دری در کنارش دارد، از آن عبور می‌کند و خودش را در سالنی بزرگ می یابد. او کلید را بر می دارد و از قارچ برای کوچک شدن و ورود به باغ استفاده می کند.

پس از نجات چندین باغبان از دست ملکه، آلیس در یک بازی عجیب کروکت به ملکه می پیوندد. زمین کروکت تپه ای است، و پتک ها و توپ های بازی هم فلامینگوهای زنده و جوجه تیغی هستند، ملکه گریه می کند و دیوانه وار خواستار اعدام بازیکن دیگر است. در این میان، آلیس دوباره به گربه برخورد می کند و از او حالش را می پرسد. پادشاه گفتگوی آنها را قطع می کند و سعی می کند گربه گستاخ را تنبیه کند. پادشاه ترتیب اعدام گربه را می‌دهد، اما از آنجایی که گربه اکنون فقط یک سر در هوا شناور است، هیچ‌کس نمی‌تواند درباره نحوه سر بریدن او توافق کند. دوشس به آلیس نزدیک می شود و سعی می کند با او دوست شود، اما دوشس باعث ناراحتی و رنجش آلیس می شود. ملکه دوشس را تعقیب می کند و به آلیس می گوید که برای شنیدن داستان او باید به دیدن لاک پشت مقلد برود. ملکه آلیس را با گریفون به عنوان محافظ برای ملاقات با لاک پشت می فرستد. آلیس تجربیات عجیب خود برای لاک پشت مقلد و گریفون تعریف می کند که با دلسوزی گوش می دهند. پس از گوش دادن به داستان اعلامیه ای را می شنوند که یک محاکمه در حال شروع است و گریفون آلیس را به زمین کروکت باز می گرداند. سرباز به دلیل سرقت تارت های ملکه محاکمه می شود. پادشاه به این جرم رسیدگی می کند و شاهدان مختلف برای ارائه مدرک به جایگاه نزدیک می شوند. کلاه دار و آشپز هر دو شهادت می‌دهند، اما شهادت هیچ کدامشان معنا ندارد. خرگوش سفید که به عنوان مدعی العموم عمل می کند، آلیس را به جایگاه شاهد فرا می خواند. پادشاه از سوالش به نتیجه ای نمی رسد، اما وقتی خرگوش سفید شواهد جدیدی را در قالب نامه ای که سرابز نوشته ارائه می دهد تشویق می شود. معلوم می شود که این نامه یک شعر است که پادشاه آن را به عنوان اعتراف به گناه از جانب سرباز تفسیر می کند. آلیس معتقد است که این نامه یادداشت مزخرفی بیش نیست و به رای پادشاه اعتراض می کند. ملکه از دست آلیس خشمگین می شود و دستور می دهد سر او را ببرند، اما آلیس بزرگ می شود و ارتش ملکه را می زند. ناگهان، آلیس خود را بیدار در آغوش خواهرش، در ساحل رودخانه می بیند. او رویای خود را به خواهرش می گوید و در حالی که خواهرش در مورد ماجراهای آلیس فکر می کند، برای صرف چای به داخل خانه می روند.