อลิซ คิงส์ลีย์ (วาซิคอฟสกา) ใช้เวลา 2-3 ปีที่ผ่านมาเดินตามร้อยเท้าของพ่อออกเดินเรือไปสู่ทะเลกว้าง ระหว่างเดินทางกลับสู่ลอนดอนเธอได้พบกับกระจกมหัศจรรย์และได้กลับไปอาณาจักรมหัศจรรย์แห่งอันเดอร์แลนด์และเพื่อนของเธอกระต่ายขาว (ชีน), แอ๊บโซเล็ม (ริคแมน), แมว เชสเชอร์ (ฟราย) และแมด แฮทเทอร์ (เดปป์) ที่ตอนนี้ไม่ได้เป็นตัวของเขาเองแฮทเทอร์ได้สูญเสียลูกบ้าของเขา มิราน่า (แฮทธาเวย์) จึงส่งอลิซออกเดินทางเพื่อไปขอยืม โครโนสเพียร์ - เครื่องย้อนเวลา โลหะทรงกลมภายในหอนาฬิกากลาง ที่ให้พลังกับทุกเวลาการเดินทางย้อนเวลาทำให้เธอได้พบกับเพื่อน และศัตรู ในช่วงเวลาต่างๆของชีวิตพวกเขา และต้องแข่งกับเวลาเพื่อที่จะช่วยแฮทเทอร์ก่อนที่เวลาจะหมดลง