Alice está sentada com sua irmã no jardim quando ela vê passar um Coelho Branco com um relógio de bolso. Fascinada pela visão, ela segue o coelho e entra num buraco numa árvore. Ela cai lentamente por um longo tempo e cai num corredor cheio de portas. Há também uma chave numa mesa, que abre uma porta minúscula; através desta porta, ela vê um lindo jardim. Alice quer ir até lá, mas a porta é muito pequena. Pouco depois, ela encontra uma garrafa cheia de líquido e que tem um rótulo onde está escrito “Beba-me”, e um bolo com uma etiqueta onde se lê “Coma-me”. Alice prova os dois e descobre que um deles faz com que ela diminua de tamanho e o outro a faz crescer. Ela tem dificuldades ao usar ambos, pois ou ela fica grande demais para passar pela porta ou fica pequena demais para alcançar a chave.
Enquanto Alice está pequena demais, ela escorrega e cai num lago. Ela descobre que o lago tinha sido formado pelas lágrimas que ela derramara enquanto ela era uma gigante. Alice nada até a praia com alguns animais, inclusive um rato sensível, mas consegue ofender todos eles ao falar sobre a habilidade da sua gata em capturar ratos e pássaros. Deixada sozinha, ela corre através da floresta e encontra o Coelho Branco. Ele a confunde com sua criada e ordena que ela vá pegar várias coisas na casa dele. Alice obedece a vai até a casa do Coelho. Ao chegar lá, ela bebe outro líquido e fica grande demais para sair pela porta. Ela acaba descobrindo um pequeno bolo que, quando comido, faz com que ela volte ao seu tamanho normal.
De volta à floresta, Alice encontra uma Lagarta sentada num cogumelo gigante. Ela dá alguns conselhos preciosos, além de ensinar Alice a usar o cogumelo: um lado faz crescer e outro faz diminuir. A primeira vez que Alice prova o cogumelo faz com que ela estique seu corpo tremendamente, especialmente o pescoço, os braços e as pernas. Enquanto estava toda esticada, Alice enfia a cabeça através da copa das árvores e encontra um Pombo. O Pombo tem certeza que Alice é uma serpente e, quando Alice tenta raciocinar com ele, o Pombo manda ela se calar.
Alice volta às suas proporções normais e continua a andar pela floresta. Numa clareira, ela encontra uma pequena casa e escolhe o bastante para entrar nela. É a casa da Duquesa. Ela e o Cozinheiro estão brigando furiosamente, e os dois não parecem se preocupar nem um pouco com a segurança do bebê que a Duquesa está embalando. Alice pega o bebê para tomar conta dele, mas ele se transforma num leitão e escapole para a floresta.
Mais tarde, Alice encontra o Gato de Cheshire, que antes estava sentado na casa da Duquesa mas não tinha se manifestado. O Gato a ajuda a achar o caminho através da floresta, mas a avisa que todos aqueles que ela irá encontrar são loucos.
Alice chega até a casa da Lebre, onde ela é convidada para ir à Festa da Hora do Chá. Na Festa, estão presentes a Lebre, o Chapeleiro Louco e o Rato do Campo. Uma vez que o Tempo parara de funcionar para o Chapeleiro, são sempre seis horas da tarde e é hora do chá. As criaturas da Festa do Chá são as que mais discutem em todo o País das Maravilhas.
Alice sai da festa e encontra uma árvore com uma porta; quando ela espia pela porta, ela vê o corredor onde ela tinha começado sua aventura. Desta vez, ela está preparada e consegue ir até o lindo jardim que ela tinha visto antes. Ao chegar lá, Alice descobre que está no jardim da Rainha de Copas. Alice vê três jardineiros, cujos corpos tem a forma de cartas de baralho. Eles estão muito ocupados pintando as rosas de vermelho. Alice os interroga e os jardineiros dizem que, se a Rainha de Copas descobrir que eles haviam plantado rosas brancas ao invés de vermelhas, eles serão decapitados. Logo a seguir, chega a Rainha em pessoa e ordena a execução imediata dos jardineiros. Alice os ajuda a se esconderem num grande vaso de flores.
A Rainha convida Alice para jogar croquê. É um jogo muito difícil de ser jogado no País das Maravilhas, pois as bolas e os tacos são animais vivos. A partida é interrompida pela chegada do Gato de Cheshire, com o qual o Rei de Copas antipatiza instantaneamente.
A Rainha leva Alice até o Grifo, e este, por sua vez, a leva até a Tartaruga Falsa. O Grifo e a Tartaruga contam a Alice histórias bizarras sobre a escola deles no fundo do mar. A Tartaruga Falsa canta uma canção melancólica sobre sopa de tartaruga, e pouco depois o Grifo arrasta Alice para assistir ao julgamento do Valete de Copas.
O Valete de Copas estava sendo acusado de roubar as tortas da Rainha, mas as provas contra ele eram muito ruins. Alice fica abismada com os ridículos procedimentos do tribunal. Ela também começa a crescer. Logo ela é chamada para testemunhar; nesta altura, ela já estava com um tamanho gigantesco. Alice se recusa a ser intimidada pela lógica distorcida do tribunal e pelas acusações do Rei e da Rainha de Copas. Subitamente, todas as cartas se levantam e a atacam. Neste momento, ela acorda. Suas aventuras no País das Maravilhas tinham sido apenas um sonho fantástico.
