Mientras Alicia estaba en la orilla del río junto a su hermana, la niña ve a un conejo blanco con reloj de bolsillo corriendo apresurado mientras exclama que llega tarde. Alicia se pone a perseguir al conejo y entra en una madriguera que va descendiendo bajo tierra hasta convertirse en un agujero completamente vertical. La madriguera ha llevado a Alicia a un lugar extraño lleno de personajes estrafalarios y con una lógica extraña. Alicia irá cambiando de tamaño tras consumir ciertas bebidas y alimentos, haciéndolo primero de una forma descontrolada que mete a Alicia en apuros por ser o demasiado grande o demasiado pequeña, hasta que encuentra la manera de controlar estas transformaciones para adaptarse al mundo extraño en el que se ha metido.
Alicia irá conociendo en su aventura a personajes extraños con los que la niña entablará conversación, lo que hará ver su lógica extraña, y Alicia también dirá en ocasiones cosas inoportunas e inapropiadas, como cuando empieza a hablarle a un ratón de su gata Dina y de lo buena cazadora que es. La novela muestra los pensamientos de Alicia, que siguen una lógica infantil e inocente, y que en algunas ocasiones su hilo de pensamiento puede no envidiar a lo extraño del país de las maravillas.
Esta obra fue creada por su autor, Lewis Carroll, para tres niñas, las hermanas Liddell, estando la protagonista basada en la hermana mediana, Alice Liddell. Carroll aprovecha esta historia para bromear sobre aspectos de la vida de las hermanas para hacerlas reír, como sus libros de historia, parodiar poemas moralizantes famosos en la época haciendo que el personaje de Alicia, al intentar recitar estos poemas, le salga una versión trastocada en lugar del poema original. Personajes como la Liebre de Marzo o el Sombrerero, que en la historia son calificados como locos, vienen de expresiones de la época, ya que las liebres tienen su época de apareamiento en marzo, lo que las hace parecer locas a ojos de la gente, y los sombrereros eran afectados por el mercurio que utilizaban para tratar los sombreros. El gato de Cheshire, siempre sonriente, está inspirado en los quesos del condado de Cheshire, a los que era habitual darles forma de un gato con una sonrisa pintada encima. Y la tortuga artificial es el animal del que estaba hecho la sopa de tortuga artificial, un producto que empezó a comercializarse en la época de Carroll y que era un jarabe espeso creado a partir de caldo de vaca, así que, obviamente, la tortuga artificial es una tortuga con cabeza de vaca.
