威利•王卡(強尼•戴普 飾)是一位偉大的巧克力發明人和製造商,經營著全世界最大的巧克力工廠——王卡巧克力工廠。那是座神祕的工廠,大門緊鎖,15年來,從來沒有看見有工人從大門進去或出來過,可是卻能聞到濃郁的巧克力香味。工廠出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•旺卡先生貼出告示:他在出產的巧克力裡面埋藏了五張金券,誰吃到了,就有機會參觀工廠,還能得到足夠吃一輩子的巧克力糖和其他糖果。小孩子們瘋狂搶購,最終五個小客人成爲幸運兒。
其中有一個小客人叫查理(弗萊迪•海默 飾),家庭非常貧寒,在經歷兩次失敗後,他發現了最後一張金券,巧克力工廠的大門因此爲他打開。
五個孩子開始在這個魔幻工廠中冒險,吸引他們的除了神奇壯觀的巧克力製造世界之外,還有威利•王卡的「神祕禮物」……