Den nu 19-årige Alice Kingsley (Mia Wasikowska), der som lille pige forsvandt ned i Wonderland, er blevet en næsten voksen ung kvinde med alle de krav og ansvar, der følger med.

I forhold til normen i sin Victorianske tidsalder er hun meget fremmelig, og da det går op for hende, at den havefest hun er til, i virkeligheden er hendes egen forlovelsesfest med en adelig, men kedelig fyr, tager hun en tænkepause fra virkeligheden.

Ude i haven får hun pludselig øje på en kanin i en blå jakke, og da hun følger efter den, falder hun i et kæmpe kaninhul langt nede i baghavens skygger.

Da hun lander, er hun i et meget mærkeligt land, hvor hun som en af de første møder The Mad Hatter (Johnny Depp). Han fortæller, at magten i Underland er blevet stjålet af The Red Queen (Helena Bonham Carter), der ikke alene er selvcentreret, magtgal, men også ukontrolleret hidsig, ond og hævngerrig.

Hendes magt fastholdes af The Knave of Hearts og hans hær af spillekort, men også han er klar over, at magtbalancen kan forrykkes af Alices tilbagevenden.

Det lykkes efter meget besvær Underworlds mange fantastiske figurer, herunder den kloge Absolom, The White Rabbit og – ikke mindst – The Mad Hatter at overbevise Alice om, at hun er den eneste, der kan besejre The Red Queens frygtindgydende monster og genindsætte The White Queen (Anne Hathaway).

Alice sniger sig ind i The Red Queens palads og ved list lykkes det hende at sikre sig en række fordele inden det går op for Red Queen, at der er noget galt.

Kort efter mødes den Røde og den Hvide hær i et dramatisk slag mens Alice udkæmper sit livs kamp mod den onde drage.

Da fjendtlighederne er overstået og magtbalancen genoprettet, er det tid til Alices tilbagevenden til sin egen verden.

Tilbage i haven går det op for hende, at hendes oplevelser har både hærdet hende og åbnet hendes øjne for, hvad hun i virkeligheden har mest lyst til at gøre med sit liv:
Og det er ikke at være en lydig hustru – men snarere en eventyrlysten og frigjort kvinde, for hvem inden udfordring er for stor eller for farlig.

Alice er blevet voksen!