讲述了爱丽丝为了拯救她最好的朋友疯帽子而回到仙境的故事。爱丽丝与白皇后和一群老朋友一起，踏上了一段精彩难忘的奇幻冒险之旅。然而，除了邪恶的红皇后之外，爱丽丝还要面对另一个强大的敌人——时间

影片一开始，成年后的爱丽丝在航行中遭遇暴风雨，电闪雷鸣，海浪拍击桅杆。暴风雨中，“奇迹”号终于战胜了暴风雨。她带着她父亲的遗物——一块怀表，兰丁。

作为奇迹号的船长，爱丽丝在海上航行3年后回到伦敦，却发现女性社会角色的刻板观念依然盛行。“奇迹”号船老老实实是个公司职员。但她没有，她为自己设想的未来是当一名队长。

宴会期间，爱丽丝无意间闯入一个房间，被房间里一面神奇的镜子所吸引。她把头凑近了，却被镜子吸了进去，进入了另一个世界……

这就是爱丽丝童年时去过的仙境。兔子、白皇后等朋友对她的再次到来感到非常高兴。与此同时，他们遇到了一个非常棘手的问题。玩耍时，疯帽子发现了父亲扔掉的一顶小时候做的帽子。他以为他的父母没有死，但所有人都说服疯帽子接受他的家人已经死了的事实。事实是他死了，但他坚信父母还活着。

白皇后希望爱丽丝借助魔球回到过去找到疯帽匠的家人，爱丽丝同意了。

魔球可以穿越时空，回到过去。她终于找到了“时间”的住处，请求他把魔球结借给她，但“时间”残酷地拒绝了，因为一旦魔球离开原来的位置，宇宙就会陷入混乱。但他顾不得那么多，爱丽丝匆匆爬上不停运转的“时间机器”，偷走了时空魔球

她乘坐超维魔球穿越到了多个不同的时代。她看到了小时候的疯帽子，看到了小时候吃水果馅饼的白皇后。她不但没有承认自己的错误，反而陷害了红皇后。最后，她看到白皇后袭击了疯帽子一家，也终于得知疯帽子一家并没有死，而是红皇后把他们变小了，关起来了。

当爱丽丝带着疯帽子等朋友去红皇后的城堡寻找父母时，红皇后抢走了他们的超维魔法球。她绑架了白皇后，试图穿越到她小时候的另一个世界，改变过去被误解的状态。但过去是无法改变的。白皇后不但没有改变过去，还差点造成宇宙时空混乱

但在“时间”本人的帮助下，阿里最终成功地将魔球放回了原来的位置，宇宙从此恢复了正常运转。

故事的最后，红皇后终于等到了白皇后多年的迟到道歉，两姐妹拥抱和解。另一方面，疯帽匠与家人团聚。爱丽丝向仙境里的朋友们告别。

而爱丽丝在这场充满惊喜的奇幻冒险中，帮助疯帽子找到家人，化解了红皇后和白皇后之间的仇恨之后，也明白了很多。父亲虽然去世了，但时间是先给予，再夺走。他的父亲曾经说过，人生最有意义的事情就是帮助别人，而爱丽丝就是这样做的。

而她的母亲也从未强迫爱丽丝放弃当队长的梦想。甚至在爱丽丝签署放弃“奇迹”号船的协议，创立斯莱利贸易公司后，商行盛大开业，光明的未来正在等待着她。正如她母亲所说：爱丽丝应该能够做爱丽丝想做的事情。