Alicia está muy aburrida y adormilada, sentada al aire libre con su hermana mayor, hasta que ve pasar un Conejo Blanco, que está mirando su reloj y hablando sólo. Persigue al Conejo que se mete en una madriguera y termina muy lejos, en lo profundo de la tierra, en un vestíbulo, donde hay una pequeña puerta con tranca, que lleva a un hermoso jardín. Come y bebe cosas que la hacen cambiar de tamaño, pero a pesar de eso no logra traspasar la puerta que permite pasar al jardín.
Cuando crece en tamaño, llora por frustración y cuando se achica es lo suficientemente pequeña para nadar en un charco creado con sus propias lágrimas. En el charco, se encuentra con muchas criaturas, incluyendo un Ratón. Las criaturas y Alicia logran salir del charco y secarse, pero Alicia pronto es dejada sola.
Alicia encuentra la casa del Conejo y después de beber un extraño líquido crece mucho. Aterroriza al conejo y a sus vecinos y se achica nuevamente después de abanicarse. Alicia luego se encuentra con una Oruga que fuma una pipa. Irrita a Alicia y le pide que recite poesía, pero ella no puede hacerlo de manera apropiada. La Oruga está sobre una seta y le informa a Alicia que si come de un lado de la seta se hará más grande y si come del otro se hará más chica. Alicia sigue intentando tener el tamaño adecuado para entrar al jardín.
Llega a una casa en los bosques, donde vive una Duquesa, su feo bebé, una Cocinera hostil y un Gato Cheshire. La cocina está llena de pimienta y de platos que se enojan y empiezan a volar. Alicia intenta salvar al bebé, pero el bebé de pronto se convierte en un cerdito y ella lo deja ir. El Gato Cheshire aparece, le sonríe a Alicia y le recomienda que visite al Sombrerero y a la Liebre de Marzo. El Gato Cheshire desaparece y reaparece súbitamente. Finalmente, desaparece gradualmente y sólo queda su sonrisa.
Alicia va a la casa de la Liebre de Marzo, donde se está llevando a cabo una merienda de locos. Alicia se sienta a la mesa con la Liebre, el Sombrerero y el Lirón. Siente que son groseros con ella y rápidamente se molesta y se va. Decide entrar por una puerta en el tronco de un árbol y nuevamente se encuentra en el vestíbulo con la pequeña puerta que lleva al jardín. Esta vez encuentra la manera de entrar al jardín.
En el jardín se encuentra con tres jardineros que están pintando de rojo las rosas blancas. Temen ser ejecutados por la Reina de Corazones. De pronto aparece la Reina y su entorno formado por cartas de juego. La Reina invita a Alicia a jugar al croquet y Alicia se une a un juego muy extraño. Se entera que la Duquesa será ejecutada. La cabeza del Gato Cheshire aparece y causa un alboroto.
La Duquesa es traída desde prisión para aclarar las cosas y comienza a hablar con Alicia con moralejas sobre todo. La Reina entonces decide que Alicia debe ir a encontrarse con la Falsa Tortuga y es escoltada por el Grifo. Alicia conoce la historia de la Falsa Tortuga y presencia una danza llamada El Baile de la Langosta. Una vez más Alicia intenta recitar poesía con escaso éxito.
El Grifo lleva de nuevo a Alicia a la corte, donde está por comenzar el juicio. La Sota de Corazones está siendo juzgada por haberle robado tartas a la Reina. Alicia está emocionada de estar en una corte y de escuchar el testimonio del Sombrerero y la Cocinera. Alicia también es llamada a testificar. Ha aumentado de tamaño una vez más, de forma inexplicable. Alicia es impertinente y el Rey ordena que abandone la corte, pero ella se niega. Está indignada con la injusticia de los procedimientos de la corte y provoca que la Reina ordene que la ejecuten. Alicia le dice a la corte que no son más que una baraja de cartas y las cartas vuelan y la atacan.
En ese momento, Alicia se da cuenta que ha estado dormida por largo tiempo con la cabeza apoyada en la falda de su hermana. Le cuenta a su hermana su maravilloso sueño y luego va a su casa a tomar el té. Su hermana es cautivada por el sueño e imagina a Alicia cuando sea una mujer y siga teniendo un corazón de niña.
