Находясь в психиатрической лечебнице после убийства своих одноклассников в автобусной аварии, Алиса Уандер убеждена загадочным пациентом, Профессором Картером Пилларом, что ей необходимо спасать жизни людей от Монстров Страны Чудес. Профессор Пиллар, также известный как Пиллар — Киллер, утверждает, что она — Настоящая Алиса из книг Льюиса Кэрролла. Он рассказывает ей, что прочие персонажи из книг переродились людьми и живут среди нас. И что надвигается Война Страны Чудес..
Алисе удается решить загадки убийцы Чеширского Кота, который похищал девушек и вышивал на их лице улыбки. Она спасает девочку, по имени Констанция, которая оказывается потомком одной из девочек, что Льюис Кэрролл фотографировал два века назад.
В сумасшедшем приключении, Алиса узнает секреты Оксфордского Университета, после знакомится с Герцогиней из книг, которая теперь выступает в роли Маргарет Кент, бесчестной женщины из Парламента, которая использует Монстров Страны Чудес в качестве наемников, чтобы обслуживать политиков высокого калибра.
Алиса и Пиллар отправляются в Ватикан, чтобы встретиться с Белой Королевой, которая воплотилась в женщине по имени Фабиола, одной из самых уважаемых монахинь в мире, пытающейся изо всех сил помочь людям. Фабиола наводит Алису на финальную подсказку, чтобы поймать Чешира, который разыскивает свою усмешку, ту, что Льюис украл у него. Усмешка Чешира дарует ему невообразимые силы, в попытках объединить Монстров Страны Чудес и использовать их в загадочной Войне Страны Чудес.
Алиса и Пиллар противостоят Чеширу в решающей битве в Ипре, Бельгии, где проводиться безумный фестиваль Каттенстут. После того, как с неба начинают падать тигры, Алисе удается спасти Констанцию с помощью Джека Даймондса, загадочного парня, от которого пахнет игральными картами и которому она безумно нравится.
Пиллар показывает Алисе, как встретиться с Льюисом Кэрролом через потайную дверь в Том Тауэр, Университет Оксфорда. Льюис дает Алисе ключ и просит ее сохранить его. Алиса вынуждена отдать Чеширу его улыбку обратно в обмен на очередное спасение Констанции. Улыбка дарует Чеширу силу вселиться в любого, кого он только пожелает.
В заключительной сцене, понимает, что Джек Даймондс на самом деле ее парень Адам; один из тех, кого она убила в автобусной аварии, которой она не помнит. После Чешир навещает ее в лечебнице и говорит ей, что она безумна и все приключения произошли лишь в ее голове. Все это было лишь выдумкой ее больного воображения