Alice (Kathryn Beaumont), die liever zit te dagdromen dan op te letten voor de les geschiedenis, volgt een wit konijn (Bill Thompson) die kennelijk haast heeft, in een konijnenhol. Daarbij komt ze terecht in een rare droomwereld bevolkt met een gevarieerd assortiment aan rare wezens: een rokende duizendpoot (Richard Haydn), de tweeling Tweedledum en Tweedledee (J. Pat O'Malley) die haar een verhaal vertellen over een walrus en een timmerman die een school oesters verorberen, een uitgestorven dodo, een gekke hoedenmaker (Ed Wynn) en een dikke kat met kameleon-eigenschappen (Sterling Holloway). In het magische wonderland zijn er bovendien tal van etenswaren aanwezig waarvan Alice ineenkrimpt tot een dwerg of uitgroeit tot een reus. Uiteindelijk belandt ze in een koninkrijk waar de soldaten speelkaarten zijn, geleid door een nukkige Hartendame als koningin (Verna Felton).
