Cô bé Alice, vẫn mơ những giấc mơ kì lạ về chú thỏ trắng mặc áo ghi-lê, về người làm mũ, về xứ sở Wonderland. Đó vẫn là thế giới kỳ diệu mà Alice lúc còn bé từng ghé thăm. Nhưng cô bé tưởng rằng đó là Wonderland - Xứ Sở Thần Tiên. Giờ đây, khi đã mười chín tuổi, cô mới biết cái tên thực sự của vùng đất này là "Underland".

"Underland" là một phần của trái đất. Nó nằm sâu dưới lòng đất và chỉ có nhảy xuống một cái hố thỏ mới là cách duy nhất để đến được thế giới đó. Vùng đất kỳ diệu này không còn được như xưa. Giờ đây nó đang trải qua một giai đoạn khó khăn bởi sự thống trị của Nữ hoàng Đỏ. Thế lực của đội quân J Cơ và Nữ hoàng Đỏ khiến nơi đây hoang tàn và u ám. Những người không theo phe của Nữ hoàng Đỏ đang cố gắng đi tìm một người có thể giúp đỡ Xứ Sở "Underland" - đó chính là Alice.

Năm mười chín tuổi, Alice đã lớn, nhưng vẫn không khi nào thôi mơ về những giấc mơ đó. Giờ đây, cô đã trở thành một thiếu nữ xinh đẹp, cuộc đời cô sắp tiến tới một bước ngoặt quan trọng. Mẹ cô đã sắp đặt cho cô đính hôn với Hamish - câu con trai ngờ nghệch của gia đình Ascot quyền cao chức trọng. Anh ta bất ngờ cầu hôn Alice tại buổi tiệc đính hôn (mà Alice tưởng rằng đó chỉ là một bữa tiệc ngoài trời). Điều đó khiến cô rất bất ngờ và bỏ trốn mà không để lại một lời nói nào. Cô đuổi theo Thỏ Trắng mà cô đã bắt gặp trong buổi tiệc đính hôn. Chú Thỏ Trắng đó, mặc chiếc áo ghi-lê và luôn hối thúc Alice bằng chiếc đồng hồ nhỏ cứ kêu tí tách.

Đuổi theo Thỏ Trắng, Alice bỗng thấy chú thỏ biến mất xuống một cái hố đen. Cô nhìn xuống, chưa biết phải làm gì thì bất chợt cô rơi xuống hố. Sau khi chạm đáy của hố đen, cô nhận ra rằng mình đang ở trong một căn phòng lớn hình tròn với rất nhiều cánh cửa to nhỏ khác nhau. Cô thử mở chúng nhưng cánh cửa nào cũng bị khóa. Rồi cô thấy trên bàn có một lọ nước kèm theo tờ giấy nhỏ "HÃY UỐNG TÔI". Cô bèn uống nó và người cô bỗng trở nên nhỏ bé khác thường. Dưới đất lại có chiếc bánh nhỏ với dòng chữ "HÃY ĂN TÔI", cô bèn ăn nó và trở nên to lớn. Alice lấy chiếc chìa khóa trên bàn và mở chiếc cửa nhỏ, chiếc cửa hé mở nhưng Alice quá to lớn nên không thể chui qua. Cô lại uống lọ nước và trở nên tí hon khác thường. Cô chui qua cánh cửa và thế giới "Underland" xinh đẹp hiện ra trong mắt Alice - nơi mà cô từng ghé thăm khi còn bé. Mặc dù vậy, cô không còn ký ức gì về nơi này, về những gì của ngày xưa. Chúng chỉ như thoáng qua trong tâm trí Alice như những giấc mơ đã ám ảnh cô từ ngày còn bé.

Tại đây, cô được chào đón bởi thỏ trắng, cô sóc chuột Dormouse, ngỗng Dodo, hai anh em sinh đôi Tweedledum cùng Tweedledee và những bông hoa biết nói. Cô ngạc nhiên và nghĩ rằng mình đang mơ. Thỏ Trắng mừng rỡ vì sự xuất hiện của Alice (bởi chính Thỏ Trắng là người đem Alice về đây). Nhưng những người khác tranh cãi Alice là thật hay giả. Rồi họ dẫn cô đến sâu bướm Absolem để biết được điều gì đó. Absolem đã tiên tri rằng chỉ có Alice là người có thể giết con rồng Jabberwocky của Nữ hoàng Đỏ vào "Ngày Diệu Kỳ", đem lại hòa bình cho "Underland". Nhưng sâu bướm Absolem lại nói với Alice "cô rất khó có thể là Alice".Rồi bỗng nhiên đội quân K Cơ của Nữ hoàng Đỏ đến tấn công nhóm của Alice. Mọi người chạy tán loạn, tất cả đều bị bắt. Alice bị con thú to lớn của đội quân K Cơ đuổi theo nhưng Alice vẫn nghĩ mình đang mơ và cô đứng lại chờ con thú. Con thú lao đến vồ một bên tay của Alice, thấy thế sóc chuột Dormouse đuổi theo và nhảy lên người con thú. Dormouse nhanh tay móc một con mắt của nó và cùng Alice chạy trốn vào rừng.

Đội quân K Cơ ngay sau đó thông báo cho Nữ hoàng Đỏ rằng Alice đã trở lại và có thể là người tiêu diệt triều đại của Nữ hoàng Đỏ. Đội quân K Cơ lập tức được lệnh phải đi truy bắt Alice ngay.

Trong khi đó, Alice lang thang trong rừng. Cô gặp phải một con mèo lơ lửng bí ẩn - đó chính là Cheshire. Con mèo băng bó vết thương cho Alice và dẫn cô đến chỗ của Mad Hatter và con thỏ March Hare. Sau đó Mad Hatter dẫn cô đến lâu đài của Nữ hoàng Trắng. Trên đường đến đó, Mad Hatter kể cho Alice nghe về quá khứ đen tối - ngày Nữ hoàng Trắng bị chị mình là Nữ hoàng Đỏ cướp vương miện và từ đó Xứ Sở "Underland" bị thống trị dưới tay của phe hắc ám. Mad Hatter nói với Alice rằng cô không còn được như ngày xưa nữa. Rồi đột nhiên Mad Hatter phát hiện ra đội quân K Cơ đang đuổi theo mình. Mad Hatter đưa Alice lên chiếc mũ của mình và ném nó thật xa qua bên kia bờ sông để cô được an toàn và Mad Hatter bị đội quân của Nữ hoàng Đỏ bắt đi. Cô ngủ lại trong chiếc mũ và sáng hôm sau cô được con chó Bayard phát hiện. Nó muốn đưa Alice đến lâu đài của Nữ hoàng Trắng nhưng cô quyết định rằng cô sẽ vạch ra định mệnh cho mình và cô cưỡi Bayard đến lâu đài Nữ hoàng Đỏ để cứu Mad Hatter cùng những người khác.

Khi đến lâu đài của Nữ hoàng Đỏ, bà không biết danh tính của Alice (và cứ nghĩ tên cô là "Um") nên chào đón cô như một vị khách quý. Trong khi đó, Mad Hatter thuyết phục Nữ hoàng Đỏ cho phép mình được làm mũ cho bà để kéo dài thời gian cho Alice thực hiện nhiệm vụ của mình. Còn Alice, khi được ở lại lâu đài của Nữ hoàng Đỏ, cô nhân cơ hội đi tìm thanh kiếm Vorpal Sword (mà cô biết rằng đó là thanh kiếm duy nhất để có thể giết chết con rồng Jabberwocky). Cô được Thỏ Trắng chỉ rằng thanh kiếm nằm trong chiếc rươm khóa kỹ trong chuồng của Bandersnatch - con thú đã từng tấn công Alice. Cô lập tức đi tìm nó. Alice lấy được thanh gươm trong chuồng của Bandersnatch và đồng thời cô trả lại nó con mắt mà Dormouse đã móc của nó. Tuy nhiên, Nữ hoàng Đỏ đã phát hiện ra "Um" chính là Alice nên phái đội quân K Cơ truy tìm cô. Alice bị đội quân của Nữ hoàng Đỏ bao vây tại chuồng của con thú.

Bandersnatch bất ngờ xông vào đám quân lính và giải cứu cho Alice. Nó cùng với con chó Bayard chở cô đến lâu đài của Nữ hoàng Trắng để trao trả thanh kiếm Vorpal Sword. Trong khi đó, tại lâu đài của Nữ hoàng Đỏ, Mad Hatter bị đem đi xử tử. Nhưng mèo Cheshire đã bảo vệ cho Mad Hatter. Nhân lúc đó Mad Hatter đã kêu gọi mọi người nổi dậy chống Nữ hoàng Đỏ. Bà quá tức giận và ra lệnh quân lính thả kềnh kềnh ra để trừng trị bọn họ. Mad Hatter cùng đồng minh chạy trốn đến lâu đài Nữ hoàng Trắng.

"Ngày Diệu Kỳ" đã đến, đội quân của Nữ hoàng Trắng đã chuẩn bị sẵn sàng cho trận đánh. Nhưng Alice vẫn chưa sẵn sàng. Cô bỏ chạy trong sự hy vọng của mọi người. Cô bắt gặp sâu bướm Absolem. Giờ đây sâu bướm đã chuẩn bị hóa kiếp, ông kể cho Alice nghe về chuyến thăm cách đây mười ba năm của cô bé Alice đến "Underland": về những bông hoa biết nói, về những sinh vật, về Mad Hatter, về bàn trà vui nhộn, về một thế giới xinh đẹp...Rồi sâu bướm giúp cô can đảm để có thể chiến đấu chống Jabberwocky.

Khi "Ngày Diệu Kỳ" đến, Nữ hoàng Trắng và Nữ hoàng Đỏ triệu tập đội quân hùng hậu của mình trên một mặt trận như một bàn cờ và gửi ra một người vô địch của mỗi bên để chiến đấu (Alice bên Nữ hoàng Trắng đấu với Jabberwocky bên Nữ hoàng Đỏ) để quyết định số phận của "Underland". Nữ hoàng Trắng muốn thương lượng hòa bình với Nữ hoàng Đỏ rằng trao vương miện lại cho Nữ hoàng Trắng và mọi chuyện yên bình nhưng Nữ hoàng Đỏ từ chối. Cuộc chiến bắt đầu. Hai bên chiến đấu quyết liệt, Alice luôn miệng nhắc sáu điều "không thể" mà trước đây mỗi sáng cô đều hay nói. Cuối cùng, Alice giết chết Jabberwocky và phe Nữ hoàng Trắng chiến trắng, Nữ hoàng Đỏ bị lưu đày. Nữ hoàng Trắng đưa cho Alice một lọ máu của Jabberwocky, nếu uống nó Alice có thể về lại nhà. Nhưng bà cũng mong muốn Alice có thể ở đây mãi mãi, nhưng Alice quyết định phải về nhà và hứa rằng sẽ trở lại.

Sau khi uống máu, Alice trở về nhà, nơi cô phải làm tất cả những việc còn dang dở trước lúc cô tới "Underland" và phải chịu trách nhiệm về cuộc sống của cô. Sau đó cô trở thành người học việc của Chúa Ascot, với ý tưởng bắt đầu con đường thương mại xuyên đại dương đến Trung Quốc.[11]