故事讲述的是一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爱丽丝梦游仙境概括、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
