19-летняя Алиса Кингсли переживает резкую перемену судьбы. Во время викторианской вечеринки, устроенной в её честь, Хэмиш — богатый, но порой не слишком сообразительный сын лорда и леди Эскот — делает ей предложение. Не успев ответить, девушка сбегает и следом за Белым Кроликом, которого она заметила на газоне, идёт за ним. Кролик в камзоле всё время поглядывает на карманные часы и по‑детски тороплив, что толкает Алису за ним через луг к кроличьей норе.
Алиса падает в странный туннель, который кажется сказочным и ярким, и в итоге оказывается в круглом зале, заполненном множеством дверей. Выпив из бутылочки с надписью «ВЫПЕЙ МЕНЯ», она уменьшается, а после того как откусила от пирожного с надписью «СЪЕШЬ МЕНЯ», — растёт до обычного размера. Преодолевая одну преграду за другой, Алиса находит дверь и попадает в чудесный мир, который обитатели называют Подземной страной.
Там её ждёт яркий набор персонажей: самодовольный Шляпник, загадочный Чеширский Кот и кальянная гусеница по имени Абессалом, а также ультимативно строгие Белая Королева и её мрачная сестра, Королева Червей. Правление последних добавляет миру Подземной страны тревожности и интриг, и Алиса оказывается в центре необычных испытаний и фантастических превращений на пути домой.
Фильм снят по мотивам сказки Льюиса Кэрролла «Алиса в стране чудес» (Alice’s Adventures in Wonderland, 1865).
Исполнительница главной роли Миа Васиковска, первая из объявленных прессе актеров, занятых в проекте, была утверждена за четыре месяца до начала съемок.
Джонни Депп пошутил в одном из интервью, что мог бы сыграть все роли в этом фильме. Впоследствии он был выбран на роль Сумасшедшего Шляпника.
Фильм основан на одноименной сказке Льюиса Кэрролла и её продолжении «Алиса в Зазеркалье».
Съёмки с живыми артистами продолжались всего 40 дней.