Alice Kingsley (Mia Wasikowska), ormai diciannovenne, non ricorda più nulla del suo straordinario viaggio (Ci sarà forse un motivo?). Temporalmente la storia si colloca all'epoca dell'età vittoriana. In seguito alla morte del suo tanto amato padre, Alice partecipa ad una festa, salvo poi scoprire che si tratta in verità di una segreta proposta di matrimonio avanzatale da un lord inglese, Hamish Ascot (Leo Bill). Interdetta innanzi alle centinaia di persone che la stanno fissando decide allora di scappare, inoltrandosi nel bosco nei pressi del gazebo in cui le è stata fatta la proposta. Durante la permanenza nel boschetto, intravede il Bianconiglio (Michael Sheen) e lo segue sino al punto in cui l'animale si getta in un grande buco nel terreno ai piedi di un piccolo arbusto. Curiosa si sporge per capire dove questa buca porti, ma nel farlo perde l'equilibrio e vi cade dentro.
Dopo la caduta, Alice si trova in un' ampia stanza, nella quale è semplice individuare molti degli elementi goticheggianti che caratterizzano il mondo visionario di Burton, beve una pozione (La celebre fialetta con sopra scritto "Drink Me") che la fa rimpicciolire, così da consentirle di passare attraverso la serratura di una porticina. Dalla stanza può sentire le voci del Dodo (Paul Whitehouse), del Topo (Barbara Winsdor) e del Bianconiglio. Uscita dalla minuscola porta si ritrova in un giardino, dove ci sono il Bianconiglio, il Topo, il Dodo, Pancopinco e Pincopanco (Matt Lucas) che parlano di lei come di una salvatrice, chiamando il paese delle Meraviglie "Underland".
Insieme si recano all'Oraculum, che dice alla nostra piccola compagnia di eroi che il destino di Alice è quello di uccidere il Jabberwocky (Christopher Lee), un mostro sanguinario al servizio della Regina Rossa (Helena Bonham Carter).
Di tutto ciò Alice capisce sempre meno, ma ad un tratto il gruppo viene aggredito dal Bandersnatch, una creatura simile a un orso e trattenuta da delle carte capeggiate dal malvagio Fante di Cuori (Crispin Glover). Alice rimane paralizzata davanti alla bestia, ma il Topo distrae il Bandersnatch e Alice riesce a fuggire. Nella fuga Pancopinco e Pincopanco vengono catturati dall' Uccello Jubjub.
Nel frattempo, nel suo castello, la perfida Regina Rossa accusa uno dei suoi schiavi di aver rubato una torta e gli fa tagliare la testa. Il Fante di Cuori entra nella stanza e le da l'Oraculum. La Regina Rossa, infuriata, incarica il Fante di portargli la testa di Alice.
La ragazza sta ancora scappando, quando incontra nella foresta lo Stregatto (Stephen Fry), che dopo averla riconosciuta la conduce alla casa del Cappellaio Matto e del Leprotto Bisestile (Noah Taylor) per curare le sue ferite.
Durante il viaggio che segue, Alice incontra la Regina Bianca (Anne Hathaway), la sorella della perfida Regina Rossa. Qui scopre il significato del vero amore e realizza che dovrà combattere la Regina Rossa, il Jabberwocky, e liberare il Paese delle Meraviglie dalla Tirannia.
Per evitare spoilers tralasciamo la parte finale, dove alcune rivelazioni lasceranno senz'altro a bocca aperta...
però è davvero bellissimooo..