Alors que sa sœur aînée lit un livre ennuyeux à l'extérieur, Alice remarque quelque chose d'étrange : un Lapin Blanc qui vérifie sa montre et s'inquiète d'être en retard. Elle s'échappe discrètement et le suit dans un trou. Elle atterrit près d'un long couloir avec une table et une clé, ouvre une petite porte donnant sur un jardin avec cette clé, boit d'une bouteille étiquetée "BOIS-MOI" et rétrécit, puis mange un gâteau marqué "MANGE-MOI" pour grandir à nouveau et récupérer la clé qu'elle avait laissée sur la table.
Chapitre 2: Le bassin de larmes
Après avoir mangé le gâteau, Alice devient très grande et pleure, créant une mare de larmes à ses pieds. Le Lapin réapparaît, marmonnant à propos d'une Duchesse qui l'attend. Effrayée par la géante Alice en pleurs, le Lapin s'enfuit, laissant derrière lui ses gants et son éventail. Alice récite ses leçons pour confirmer qu'elle est elle-même, puis s'évente, rétrécit à nouveau et tombe dans le bassin de larmes. Elle parle français à une Souris, qui la conduit ainsi que d'autres animaux hors du bassin.
Chapitre 3: Une course du caucus et un long récit
Pour aider Alice et les animaux à se sécher, la Souris leur raconte une "histoire sèche" et le Dodo propose une course du caucus (politique). En guise de prix, Alice distribue des bonbons aux animaux et reçoit un dé à coudre. La Souris raconte une autre histoire, mais agacée par la distraction d'Alice, elle s'en va. Alors que les autres animaux se lamentent de son absence, Alice leur parle de son chat Dinah, et ils se dispersent tous par peur. Alice se met à pleurer et entend des pas.
Chapitre 4: Le Lapin envoie un Petit Bill
Le Lapin ordonne à Alice d'aller chercher ses gants et son éventail dans sa maison. Là-bas, elle boit d'une autre bouteille et devient plus grande que la maison. Le Lapin et ses serviteurs essaient d'y entrer, mais Alice les en empêche. Ils lui lancent des gâteaux, et elle en mange un et rétrécit à nouveau. Elle s'échappe dans une forêt, joue avec un chiot et tombe sur une Chenille bleue qui fume le narguilé sur le dessus d'un champignon.
Chapitre 5: Conseils d'une Chenille
La Chenille demande à Alice de réciter un poème, la corrige, s'agace lorsque Alice critique sa taille, puis s'en va en remarquant qu'un côté du champignon grossit et l'autre rétrécit. Alice grignote un côté et rétrécit, puis grignote l'autre et son cou s'étire au-dessus des cimes des arbres. Un Pigeon prend Alice pour un serpent et l'attaque. Alice grignote une fois de plus le champignon et rétrécit. Elle voit une petite maison et en mange plus du champignon avant de s'en approcher.
Chapitre 6: Porc et poivre
À l'extérieur de la maison, un Poisson apporte une lettre invitant la Duchesse à jouer au croquet avec la Reine. À l'intérieur, Alice trouve une Duchesse qui allaite un bébé (tous deux éternuent), un Chat grimaçant et un Cuisinier qui remue une soupe très poivrée. La Duchesse chante une berceuse et remet le bébé à Alice, qui se transforme en cochon. Le Chat suggère à Alice de rendre visite au Chapelier Fou ou au Lièvre de Mars, puis il disparaît. Chez le Lièvre, Alice grignote le champignon pour grandir à nouveau.
Chapitre 7: Un thé de fous
Alice se dispute avec le Lièvre et le Chapelier, qui prennent le thé à l'extérieur. Elle échoue à résoudre une énigme, écoute un Loir raconter une histoire et l'agace avec ses questions, puis part après avoir été insultée par le Chapelier. Elle passe par une porte dans un arbre, se retrouve de nouveau dans le long couloir, ramasse la clé sur la table, utilise le champignon pour rétrécir et passe par la petite porte dans le jardin.
Chapitre 8: Le terrain de croquet de la Reine
Dans le jardin, Alice voit des jardiniers en forme de cartes à jouer peindre des roses blanches en rouge. La Reine de Cœur découvre que les jardiniers ont planté des fleurs de la mauvaise couleur et ordonne leur décapitation, mais Alice les sauve. Alice joue au croquet avec la Reine, puis commence à discuter avec le Chat du Cheshire. Le Roi s'agace et la Reine ordonne la décapitation du Chat, mais il disparaît avant de pouvoir être blessé.
Chapitre 9: L'histoire de la Fausse Tortue
Alice se promène avec la Duchesse, qui explique la morale de diverses choses. La Reine réduit les joueurs de croquet à Alice, au Roi et à elle-même, après avoir envoyé les autres joueurs se faire décapiter. La Reine présente Alice au Griffon, qui l'emmène voir la Fausse Tortue. La Tortue en pleurs explique qu'elle était autrefois une vraie tortue et raconte à Alice son éducation. Lorsqu'elle pose une question difficile, le Griffon change de sujet.
Chapitre 10: La Quadrille du Homard
La Tortue et le Griffon décrivent la Quadrille du Homard à Alice et essaient de lui montrer la danse tandis que la Tortue chante une mélodie. Ils demandent à Alice de raconter ses aventures et de réciter un poème, mais ils critiquent ses interprétations. La Tortue chante une autre chanson. Puis le Griffon entend l'appel "Le procès commence !" et il emmène Alice loin de là.
Chapitre 11: Qui a volé les tartes ?
Dans la salle d'audience, Alice trouve le Roi et la Reine sur leurs trônes, le Valet enchaîné et les jurés notant tout ce qu'ils entendent. Le Lapin, en tant qu'héraut, lit l'accusation selon laquelle le Valet a volé les tartes de la Reine. Alice commence à grandir à nouveau, et le Loir la quitte pour s'endormir. Le Chapelier se présente en tant que premier témoin et le Cuisinier en tant que deuxième. Ensuite, Alice est appelée en tant que troisième.
Chapitre 12: Les preuves d'Alice
Alice se rend au banc des témoins et, de nouveau plus grande, renverse la barre des jurés, prétend ne rien savoir des tartes, se dispute avec le Roi à propos d'une règle, lit un poème utilisé comme preuve et conteste les procédures judiciaires. La Reine demande la décapitation d'Alice, mais elle repousse les cartes géantes qui l'attaquent. Alice se réveille et raconte ses aventures à sa sœur, qui imagine ensuite qu'Alice grandit et devient mère, et raconte ces aventures à ses propres enfants.