Charlie Bucket (Freddie Highmore), un niño muy bueno de una familia muy pobre, gana un concurso, junto a otros cuatro niños de diferentes partes del mundo, para disfrutar de una visita durante todo un día a la gigantesca fábrica de chocolate dirigida por el excéntrico Willy Wonka (Johnny Depp) y su equipo de Oompa-Loompas. La fábrica se parece a un mundo fantástico y mágico lleno de diferentes sabores, todos muy dulces.

Cuando Lewis conoce a un misterioso chico que viene del futuro llamado Wilbur Robinson, ambos harán un viaje en el tiempo donde Lewis descubre el asombroso secreto de la familia Robinson.

Jill Parrish llega un día a su casa después de trabajar un turno de noche y descubre que su hermana, Molly, ha sido secuestrada. Jill, que ya tiene experiencia en esa materia, tras haber logrado escapar de las garras de un asesino en serie que la secuestró un año antes, está convencida de que se trata del mismo individuo. La policía cree que Jill está loca, por lo que no se muestran muy dispuestos a malgastar sus recursos para ayudarla. Al temerse que Molly pueda estar muerta para la puesta de sol, Jill decide emprender por su cuenta una persecución para encontrar al asesino, sacar a la luz sus secretos y salvar a su hermana.