新版《愛麗絲夢遊仙境》的故事發生在愛麗絲上次夢遊仙境的十三年後，已經20歲的愛麗絲去一個莊園參加一個聚會，到了那裏她才發現自己會當著眾賓客被人求婚。愛麗絲選擇了逃跑，她跟著一隻白兔鑽進了一個洞，來到了“仙境”，雖然7歲那年她曾來過這裏，但此時已毫無印象。有一大幫愛麗絲的朋友歡迎她的歸來，他們期待著愛麗絲能幫助他們推翻“紅桃皇后”的統治。
　　影片講述了已經20 歲的愛麗絲和母親參加一個宴會，卻發現自己將在眾多傲慢自大的人面前被求婚。於是她跟隨一隻白色的兔子逃到一個洞裏，進入仙境。13年前，愛麗絲曾來過此地，但她現在卻一點也不記得了。在這裏，愛麗絲與那些可愛的老朋友們重逢了：虛張聲勢的睡鼠，美麗的白皇后和她可憎的姐姐紅桃皇后，還有雙胞胎兄弟，毛毛蟲，白兔，瘋帽子等等。在奇妙的仙境歷險中，愛麗絲瞭解到自己身負的重大使命，那就是帶領地下世界的居民們結束紅桃皇后的邪惡統治，恢復昔日仙境。
　　從“仙境”回到現實世界的愛麗絲•金斯利(米婭•華希科沃斯卡飾)，對自己曾經有過的奇幻遭遇早就忘白皇后了個一乾二淨，即使如此，已經長成20歲的漂亮女人的她，仍然認為生活本身就是一場充滿著意想不到的轉折和驚奇的夢幻冒險。
　　愛麗絲在參加父母在維多利亞花園專門為自己舉辦的派對上，驚訝地發現原來自己竟然也有了仰慕者，而且還向她發出了結婚的請求--對方是哈米什•愛斯科特(利奧•比爾飾)，他是愛斯科特先生(蒂姆•皮戈特-史密斯飾)和太太(嬌拉汀•詹姆斯飾)的兒子，雖然家財萬貫，卻有著富家子慣有的在過於養尊處優的環境下養成的愚笨和木訥。被哈米什嚇了一跳的愛麗絲，還來不及對他的求婚做出反應，就迅速地逃離了正在進行中的宴會現場……隨後，她驚訝地看到了一隻穿著馬夾、帶著表袋的兔子正在前方迅速地奔跑。
　　緊緊地跟隨著“兔子先生”(麥克•辛配音)穿越了一大片草地，愛麗絲眼睜睜地看著他消失在一個兔子洞裏。然後，突然之間，她發現自己竟然也一起跌落進去，不斷地翻著跟頭通過了一條奇怪、有如夢境般朦朧的通道，最終抵達一個圓形的大廳裏，四周座落的是數不清的門--在“吃下我”的蛋糕，緊接著她的身體又重新長大了……最終，愛麗絲選好了自己要走進去的那扇門，她進入的一個令人驚奇的幻想世界當中，居住在那裏的人和生物將這片土地稱為“地下生活”。
　　在這裏，她見到的是有如動物園般豐富多彩的各色人物，從一隻喜歡恃強淩弱、虛張聲勢的睡鼠(芭芭拉•溫莎配音)到精神錯亂的“瘋帽子先生”(約翰尼•德普飾)；從一隻“常露齒嬉笑的貓”(斯蒂芬•弗雷配音)到一隻喜歡抽水煙袋、名叫阿布索倫(阿倫•瑞克曼配音)的毛毛蟲；從讓人感到毛骨悚然的“白色皇后”(安妮•海瑟薇飾)到她那一直懷恨在心的姐姐“紅桃皇后”(海倫娜•伯翰•卡特飾)--雖然她脾氣又壞且喜歡使性子，但她卻是“地下生活”真正的主宰者。在經歷了一連串險象環生的意外事故之後，愛麗絲將會在這片有如童話般虛幻的奇妙世界裏重新找到那個迷失了的自我。