Alice Kingsley (Mia Wasikowska) 4 éves kora óta mindig ugyanazt álmodja, de egy nap, amikor anyjával az eljegyzési partijára indul, felbukkan egy kékmellényes nyuszi, aki felkelti Alice figyelmét. Amint sikerül eltűnnie a partiról, egyből a nyúl után ered, ami egy mély lyuk felé vezeti. Alice kicsit mélyebben belenéz a lyukba, amikor hirtelen belezuhan és egy sötét helyen találja magát, ahol rengeteg kisebb-nagyobb ajtó, egy kis asztal, amin kulcs, süti és egy üveg ital van. Alice rengeteg próbálkozás után bejut (Cs)Odaországba, ami már nem olyan, mint régen.
A Nyalka nyúl elviszi őt a bölcselőhöz (Alan Rickman), aki meg tudja mondani, hogy ő-e az igazi Alice, aki le tudja győzni a sárkánygyíkot (Christopher Lee). Alice az ölés hallatán elmenekül, amikor hirtelen a Vörös királynő (Helena Bonham Carter) alattvalói rájuk uszítják a Brombolót, aki megsebesíti. Alice menekülés közben betéved egy erdőbe, ahol találkozik Vigyorival (Stephen Fry), a macskával, aki elvezeti őt a Bolond Kalaposhoz (Johnny Depp). A Kalapos persze azonnal felismeri, és tudja, hogy ő az igazi Alice. Mindenáron el akarja juttatni a Fehér királynőhöz (Anne Hathaway), aki talán meg tudja győzni arról, hogy ölje meg a gyíkot. Alice, miután a Kalapost elvitték a Vörösök, nem akar elmenni a Fehér királynő udvarába, inkább megmenti. Terve közben elviszi a Vértez kardot. Később rájön, hogy helyesen kell cselekednie, és szembeszáll a Sárkánygyíkkal. Természetesen ő győz, így hazamehet. És csodaország újra a régi.
A film előkészületeit John Roth producer és Linda Woolverton forgatókönyvíró kezdte meg 2007 áprilisában.[3] Az év novemberében Tim Burton szerződést írt alá a Disney-vel két háromdimenziós film rendezésére, melyek egyike volt az Alice Csodaországban,[3] a másik pedig Frankenweenie című filmjének újrafeldolgozása. Burton szerint a cél az, hogy megpróbáljanak egy olyan filmet alkotni, mely újszerű, de a Alice figurájának klasszikus természetét is megtartja. Burton azt is állítja, hogy filmjét nem tekinti egyik korábbi Alice-film folytatásának vagy újragondolásának sem.[4]