Жизнь 19-летней Алисы Кингсли принимает неожиданный оборот. На викторианской вечеринке, устроенной в её честь, Алисе делает предложение Хэмиш, богатый, но глупый сын лорда и леди Эскот. Не дав ответа, девушка убегает и идёт за кроликом, замеченным ею на лужайке. Кролик как кролик, вот только он одет в камзол и всё время смотрит на карманные часы.
Алиса гонится за Белым Кроликом через весь луг и видит, как он исчезает в кроличьей норе. Затем, неожиданно, Алиса падает туда сама, летит вниз по странному, сказочному туннелю и приземляется в круглом зале со множеством дверей. Выпив из бутылки с надписью «ВЫПЕЙ МЕНЯ», она уменьшается в размерах, а откусив от пирожного с надписью «СЪЕШЬ МЕНЯ» — вырастает. Наконец, миновав череду злоключений, Алиса попадает через одну из дверей в чудесный фантастический мир, который его обитатели называют Подземной страной.
Там её ждёт целый парад колоритных персонажей: хвастливая Соня, сумасшедший Шляпник, глумливый Чеширский Кот, накурившаяся кальяном гусеница по имени Абессалом, жутковатая Белая Королева и её злобная сестра, Королева Червей, вздорная и раздражительная правительница Подземной страны.

В бёртоновской «Алисе» сохранились персонажи, элементы фабулы и центральные темы книг Льюиса Кэрролла, но это совершенно новая история. Алиса возвращается в Страну Чудес, где она уже была в детстве, вот только никаких воспоминаний о своих прежних приключениях у неё не осталось.
Исполнительница главной роли Миа Васиковска, первая из объявленных прессе актеров, занятых в проекте, была утверждена за четыре месяца до начала съемок.
Пробы на роль Алисы проходила известная молодая актриса Дакота Блю Ричардс. Однако из-за разницы в возрасте (сценарий предусматривал 18-летнюю героиню) и ряда сюжетных поворотов, включающих любовный роман с Сумасшедшим Шляпником (Джонни Депп), 14-летней (на тот момент) Блю Ричардс было отказано.
Джонни Депп пошутил в одном из интервью, что мог бы сыграть все роли в этом мультфильме. Впоследствии он был выбран на роль Сумасшедшего Шляпника.
Фильм основан на одноименной сказке Льюиса Кэрролла и её продолжении «Алиса в Зазеркалье».
Съёмки с живыми артистами продолжались всего 40 дней.
На роль Алисы пробовались Аманда Сейфрид и Линдси Лохан.
Рост Мии Васиковской, которая играет Алису, 5 футов и 4 дюйма в реальной жизни. По ходу фильма рост Алисы все время меняется – от 6 дюймов до 20 футов. Много работы было над тем, чтобы использовать больше практические методы изменения роста, нежели спецэффекты, часто Алисе (Мии Васиковской) приходилось использовать ходули, чтобы быть выше остальных.
Музыку к фильму написали известные рок-группы Tokio Hotel и Franz Ferdinand, а также канадская певица Аврил Лавин и вокалист группы Cure Роберт Смит.
Для фильма было построено всего лишь 3 декорации.