Героиня книги, девочка по имени Алиса, начинает своё путешествие в Страну Чудес неожиданно для себя самой: разомлевшая от жары и безделья Алиса вдруг заметила кролика, что само по себе не удивительно; но кролик этот оказался не только говорящим (чему в ту минуту Алиса тоже не удивилась), но ещё и владельцем карманных часов, а вдобавок он куда-то очень торопился. Сгорая от любопытства, Алиса бросилась за ним в нору и оказалась... в вертикальном тоннеле, по которому стремительно (или не очень? ведь она успевала замечать, что стоит на полках по стенам, и даже схватила банку с наклейкой «Апельсиновый мармелад», к сожалению пустую) провалилась сквозь землю. Но все кончается на этом свете, кончилось и Алисино падение, причём довольно благополучно: она оказалась в большом зале, Кролик исчез, зато Алиса увидела много дверей, а на столике — маленький золотой ключик, которым ей удалось открыть дверь в чудесный сад, но пройти туда было невозможно: Алиса была слишком велика. Но ей тут же подвернулся флакончик с надписью «Выпей меня»; несмотря на свойственную Алисе осторожность, она все же выпила из флакончика и стала уменьшаться, да так, что испугалась, как бы с ней не случилось того, что бывает с пламенем свечи, когда свечу задувают. Хорошо, что поблизости лежал пирожок с надписью «Съешь меня»; съев его, Алиса вымахала до таких размеров, что стала прощаться со своими ногами, оставшимися где-то далеко внизу. Очень все здесь было странно и непредсказуемо. Даже таблица умножения и давно выученные стихи выходили у Алисы сикось-накось; девочка сама себя не узнавала и даже решила, что это и не она вовсе, а совсем другая девочка; от огорчения и бесконечных странностей она заплакала. И наплакала целое озеро, даже сама там чуть не утонула. Но оказалось, что она бултыхается в слёзном озере не одна, рядом фыркала мышь. Вежливая Алиса завела с нею разговор (молчать было бы неловко), но, к сожалению, заговорила про кошек, ведь у Алисы осталась дома любимая кошечка. Однако Мышь, оскорблённая Алисиной чёрствостью, удалилась, а вновь появившийся Кролик отправил Алису, как какую-нибудь служанку, к себе домой за веером и перчатками, так как он направлялся к Герцогине. Алиса спорить не стала, вошла в дом Кролика, но из любопытства выпила и там из очередного флакончика какой-то жидкости — и выросла до таких размеров, что чуть не разнесла дом. Хорошо, что её забросали камешками, превращавшимися в пирожки, она снова стала крошечной и сбежала прочь.
Долго она скиталась в травяных джунглях, чуть не попала на зуб юному щенку и наконец очутилась возле большого гриба, на шляпке которого восседала Гусеница и важно курила кальян. Алиса пожаловалась, что она все время меняется в росте и не узнает сама себя, но Гусеница не нашла в подобных изменениях ничего особенного и отнеслась к растерянной Алисе без всякого сочувствия, особенно услышав, что ту, видите ли, не устраивает рост в три дюйма — Гусеницу же такой рост очень устраивал! Обиженная Алиса удалилась, прихватив с собой кусочек гриба.
Гриб пригодился, когда Алиса увидела дом: она пожевала немножко гриба, подросла до девяти дюймов и приблизилась к дому, на пороге которого один лакей, похожий на рыбу, вручал другому, похожему на жабу, приглашение Герцогине пожаловать к Королеве на партию в крокет. Алиса долго выясняла у Лакея-Жабы, можно ли ей войти, ничего не поняла из его ответов (не лишённых своей странной логики) и вступила в дом. Она оказалась в кухне, где было не продохнуть от дыма и перца; там кашеварила кухарка, а неподалёку сидела Герцогиня с вопящим младенцем на руках; между делом кухарка швыряла в обоих посудой; за всем этим с ухмылкой наблюдал большой кот. Удивлённой Алисе Герцогиня кратко объяснила, что кот улыбается, потому что он Чеширский Кот, добавив, что вообще-то все коты умеют улыбаться. После чего Герцогиня стала напевать визгливому младенцу вроде бы знакомую колыбельную, но от этой песенки Алисе стало жутко. В конце концов Герцогиня швырнула свёрток с младенцем Алисе, та вынесла странно непоседливого похрюкивающего крошку из дома и вдруг с изумлением увидела, что это вовсе не ребёнок, а поросёнок! Алиса невольно вспомнила и других детишек, из которых, возможно, тоже вышли бы очень миленькие свинки.
Тут перед Алисой вновь появился Чеширский Кот, и она спросила его, куда ей идти дальше. Кот, улыбаясь, объяснил, что если, как она говорит, ей все равно, куда она придёт, то идти можно в любом направлении. Он спокойно заявил девочке, что в этой стране все ненормальные, и даже умненькая Алиса не сумела оспорить его доказательства. После чего Кот исчез — весь, кроме широкой улыбки, долго висевшей в воздухе. Это свойство Кота особенно ему пригодилось, когда свирепая Червонная Королева приказала отрубить ему голову: Кот сразу исчез, в воздухе виднелась одна лишь его голова, но как прикажете отрубить голову, если у неё и тела-то нет? А Кот только широко усмехался.
Алиса же тем временем отправилась к безумному Мартовскому Зайцу и попала на столь любимое и привычное у англичан, но совершенно необыкновенное чаепитие. Заяц и безумный Шляпник были вынуждены пить чай не раз и не два в день (что было бы естественно и разумно), а непрерывно — таково было им наказание за то, что они убивали Время. Поскольку они отнеслись к ней весьма негостеприимно, запутывали её и поднимали на смех, Алиса ушла и от них и после новых приключений попала наконец в королевский сад, где садовники красили белые розы в красный цвет. И тут появилась королевская чета, Червонные Король и Королева, окружённые придворными — бубновыми и червонными картами помельче. И хотя Король и Королева проявляли необыкновенную суровость к окружающим, а Королева требовала рубить головы чуть ли не всем подряд, Алиса не испугалась: ведь они всего лишь карты, рассудила она.
Почти всех своих знакомых по Стране Чудес Алиса увидела в зале, где судили Червонного Валета, который, как говорилось в старинной песенке, украл пироги, испечённые Королевой. До чего же странные показания давали в суде перепуганные свидетели! Как старались все записать недотёпы-присяжные и как они все путали! И вдруг вызвали Алису, которая успела вырасти до своих обычных размеров. Король с Королевой пытались её запугать, но их попытки разбивались о её здравую логику, и на угрозу смертной казни она спокойно ответила: «Вы ведь всего лишь колода карт» — и волшебство рассеялось. Алиса очнулась на той же луговине возле сестры. Вокруг был привычный пейзаж, слышались привычные звуки. Значит, это был только сон!..