威利·王卡(約翰尼·德普 Johnny Depp 飾)是一位才華橫溢的發明家和巧克力製造商,經營著世界上最大的巧克力工廠——王卡巧克力工廠。這是一座大門緊鎖的神秘工廠,十五年來,沒有人見過有人從大門進出,卻聞到了濃郁的巧克力香氣。工廠生產的旺卡牌巧克力銷往世界各地,深受孩子們的喜愛。有一天,威利·旺卡先生貼出了一張告示:他在自己製作的巧克力裡埋了五張金色優惠券,誰得到它們,就有機會參觀工廠,獲得足夠吃一輩子的巧克力糖和其他糖果。孩子們瘋狂點擊購買,最終五位小顧客成為了幸運兒。其中就有年輕客人查理(弗萊迪·海默 Freddie Highmore 飾),家境十分貧困,在兩次失敗後,他找到了最後一張打開巧克力工廠大門的金券。五個孩子在這座神奇的工廠裡開始了冒險,吸引他們的不僅是神奇瑰麗的巧克力製作世界,還有威利旺卡的“神秘禮物”……