有个叫爱丽丝的小女孩和姐姐在河边看书时睡着了，梦中她追逐一只穿着背心的兔子而掉进了兔子洞，从而来到一个奇妙的世界。在这个世界里她时而变大时而变小，以至于有一次竟掉进了由自己的眼泪汇成的池塘里；她还遇到了爱说教的公爵夫人、神秘莫测的柴郡猫、神话中的格里芬和假海龟、总是叫喊着要砍别人头的扑克牌女王和一群扑克士兵，参加了一个疯狂茶会、一场古怪的槌球赛和一场审判，直到最后与女王发生冲突时才醒来，发现自己依然躺在河边，姐姐正温柔地拂去落在她脸上的几片树叶——在梦里她把那几片树叶当成了扑克牌。
书中充满了有趣的文字游戏、双关语、谜语和巧智、因此有时是难以翻译的，比如第二章章名里的“Tale（故事）”因为被爱丽丝听成同音的“Tail（尾巴）”而闹出了笑话。由于开始时是一部给朋友的孩子讲的自娱之作，故事里的很多角色名都影射了作者身边的人，如第三章里的渡渡鸟（dodo）是作者自己（因为他有口吃的毛病，听起来像dodo这个词）、鸭子（duck）是朋友Duckworth、鹦鹉（Lory）是爱丽丝的姐姐Lorina，小鹰（Eaglet）是爱丽丝的妹妹Edith。
重要角色简介（按出场顺序）：
爱丽丝（Alice）：故事的主角，一个纯真可爱的小女孩，充满好奇心和求知欲，在她身上体现出了属于儿童的那种纯真。在人的成长过程中，这种儿童的纯真常常会遭到侵蚀。因而，纯真的爱丽丝对儿童、对成年人都极具魅力，且弥足珍贵。
兔子（The White Rabbit）：一只穿着背心的白兔，在故事开场正要去给女王取东西的它喊着“天哪！天哪！要迟到了！”跑过爱丽丝面前，引起了她的注意，为了追它，爱丽丝才从兔子洞掉进了那个神秘的世界，后来爱丽丝在它的家里又误喝了一瓶魔药而变成巨人。
蜥蜴比尔（Bill the Lizard）：爱丽丝在兔子家里误喝魔药变成巨人，无法离开房屋，兔子以为屋里出现了怪物，派这只小蜥蜴从烟囱进去看看情况，结果不等进去就被爱丽丝踢了出来。
毛毛虫（The Caterpillar）：一只坐在蘑菇上吸烟斗的古怪毛毛虫，态度有点目中无人，不过它教给了爱丽丝自由变大变小的方法。
公爵夫人（The Duchess）：一个爱好说教的女人，口头语是“一切事皆能引申出一个教训”。爱丽丝去过她家，正是在那里她才认识了柴郡猫。
柴郡猫（The Cheshire Cat）：一只总是咧着嘴笑（grin）的猫，来源于英谚“笑得像一只柴郡猫（grin like a Cheshire Cat）”。它帮了爱丽丝几次忙。
帽匠（The Hatter）：疯狂茶会（Mad Tea-party）的参加者之一，来源于英谚“疯得像个帽匠（Mad as a hatter）”。
三月兔（The March Hare）：疯狂茶会（Mad Tea-party）的参加者之一，来源于英谚“疯得像只三月的野兔（Mad as a March Hare）”。
睡鼠（The Dormouse）：疯狂茶会（Mad Tea-party）的参加者之一，总是在睡觉。
红心女王（The Queen of Hearts）：率领着一群扑克牌士兵的扑克牌女王，很容易生气，动辄要砍别人的头，不过其实并没有实行过。
红心国王（The King of Hearts）：扑克牌国王，不像妻子那么爱动怒，相反给人以受妻子指使的老好人的感觉。
格里芬（The Gryphon）：希腊神话中的狮身鹰首怪兽，在女王的命令下带爱丽丝去见了假海龟。
假海龟（The Mock Turtle）：女王命令格里芬带爱丽丝去见的角色，它给爱丽丝讲了一个充满文字游戏的莫名其妙的故事。