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.

Четвертую часть «поттерианы» хотели снова доверить Альфонсо Куарону, однако последний сослался на то, что ему бы еще и «Узника Азкабана» (третья часть) закончить было бы неплохо для начала. В итоге режиссером стал англичанин Майк Ньюэлл. В предыдущих трех эпизодах англичан на режиссерском мостике замечено не было.
7 февраля 2004 года в Лондоне состоялось великое паломничество маленьких девочек: более 3000 кандидаток пришли, чтобы принять участие в кастинге на роль Чжоу Чанг.
На роль Лорда Волдеморта многие прочили Роуэна Эткинсона или Джона Малковича, однако, обе кандидатуры сошли с дистанции. В июне 2004 года поползли слухи о том, что эта роль достанется Рэйфу Файнсу. Незадолго до начала съемок данная роль оставалась единственной актерской вакансией.
Проникнувшись задумкой хитроумного Квентина Тарантино, разбившего свое полотно «Убить Билла 2» на две части, такую же диверсию хотели осуществить и продюсеры, однако, режиссер Майк Ньюэлл отсек данные предложения на корню. Во многом, опасения студии заключались в том, что уместить 734-страничную книгу в три часа экранного времени попросту невозможно.
Майк Ньюэлл стал самым дешевым режиссером в истории «поттерианы»: он согласился работать за гонорар всего лишь в 1 миллион долларов. Для примера: гонорар Криса Коламбуса за «Философский камень» составил 10 миллионов + процент от общих сборов.
Во время съемок своей части фильма Майкл Гэмбон (Дамблдор) постоянно носил под одеждой волшебника повседневный костюм.

Возглавить постановку могли М. Найт Шьямалан и Гильермо Дель Торо.
Дэвид Холмс, каскадер и дублер Даниэла Рэдклиффа, получил серьёзную травму спины при падении во время производства взрыва.
Джон Уильямс, композитор первых трех частей о Гарри Поттере, выражал интерес вернуться к работе в Гарри Поттер и Дары смерти. Часть 1.
Билла Уизли играет Домналл Глисон, сын актера Брендана Глисона.
В фильме можно найти немало отсылок к тоталитарному искусству. Художник-постановщик Стюарт Крэйг при создании декораций интерьеров вдохновлялся образчиками советской архитектуры и скульптуры эпохи сталинского тоталитаризма. По его словам, внешний вид главного холла министерства магии навеян видами станций Московского метро, а именно — станцией Площадь Революции.
Горельеф скульптуры в холле министерства магии это переработанная работа Ивана Шадра «Борьба с землей» А на вершине монумента находится не что иное, как слегка подправленная копия «Рабочего и колхозницы». Стюарт Крэйг признался, что скульптура Веры Мухиной произвела на него неизгладимое впечатление.
В кабинете Долорес Амбридж лежат брошюры по борьбе с магловскими выродками. Обложка одной из них оформлена в стиле работ Д. Моора, а внешне персонаж очень напоминает Максима Горького. Это не удивительно, поскольку во время работы над проектом в мастерской Крэйга постоянно находились глиняная копия памятника Максиму Горькому, бюсты Ленина и Сталина. Стены украшали советские плакаты 30 — 40-х годов, на столах были разложены фотографии сталинских высоток и прочих образчиков монументального советского строительства.
Для съемок эпизода уничтожения крестража, было создано 40 версий медальона Салазара Слизерина.