小男孩查理·巴克特和父母、爷爷奶奶、外公外婆住在一起。巴克特一家居住在一栋摇摇欲坠的小木房里，相互之间和睦融洽。虽然每个夜晚，一家七口吃的晚餐都是卷心菜汤，可是小查理却乐意与自己最心爱的人一起分享。
从巴克特一家的窗子望出去，可以看到全世界最大的巧克力工厂―旺卡巧克力工厂。工厂由一位天才巧克力制作者兼生产商威利·旺卡所拥有。那是座神秘的工厂，大门紧锁，15年来，从来没有看见有工人从大门进去或出来过，可是却能闻到浓郁的巧克力香味。工厂出产的旺卡牌巧克力销往世界各地，深受孩子们的喜爱。小查理也不例外，在每个夜晚的梦乡中，他都幻想自己可以亲身进入那座工厂。
有一天，威利·旺卡先生宣布了一个告示，他将向五位幸运的孩子开放充满“奥秘和魔力”巧克力工厂。除了得到参观工厂外，他们还能得到足够吃一辈子的巧克力糖和其他糖果。全世界购买旺卡牌巧克力的孩子都有机会，只要发现藏在包装纸里的金券，谁获得金券谁就是幸运儿。不过，旺卡先生一共只准备了五张金券，小查理的机会微乎其微。全世界一下子掀起了购买旺卡牌巧克力的热潮，幸运儿一个又一个地出现了，媒体们也都在播报孩子们发现金券的新闻。首先是喜欢暴饮暴食的奥古斯塔斯，一个不爱思考但是喜欢每天往嘴里塞甜食的胖男孩。接下来一位是被家人宠坏的小女孩维鲁卡·索尔特，要是她爸爸不给买她想要的东西，她就会耍赖，又踢又闹吵个没完。第三位幸运儿是嚼口香糖冠军维奥莉特，她只在意往自己背包里不断地装战利品。最后一位是迈克，一个喜欢打电玩，总是喜欢炫耀自己比别人聪明的小男孩。
前四张金券都有主人了，最后的机会会降临在小查理身上吗？奇迹终于发生了，小查理在雪地上发现了钱币，于是他奔向最近的商店迫不及待地买下了旺卡牌的巧克力。很久没有尝到巧克力的小查理正想着这块巧克力会是什么味道时，拆开包装纸，发现下面露出了金色。没错，这是最后一张金券。查理就要去巧克力工厂了，他的爷爷、年迈的乔·巴克特听到这个好消息高兴地从床上跳下来，他回忆起旺卡先生在关闭塔楼之前自己在巧克力工厂工作时的美好时光。全家决定让爷爷陪伴小查理去，一块去度过即将到来的精彩纷呈的冒险时光。
参观巧克力工厂的过程是一次奇特的经历。小查理、爷爷和每个参观者都被眼前的景象和扑鼻而来的香味惊叹不已，他们的体验充满了无限的着迷、狂喜、好奇、惊讶和迷惑不解。说得夸张一点，即便是做最荒诞的梦你也想象不出这样的事情。飞流直下的巧克力瀑布，龙头船航行在棕色巧克力糖浆的河流，郁郁葱葱的口香糖草地，还有满山遍野的牛奶糖。巧克力工厂里的工人全是来自蛮荒丛林、酷爱巧克力的矮人国的小矮人。
巨大的“糖衣炮弹”让其他四个孩子都失去了自制，他们有的掉进了巧克力河、有的变成了糖果，有的被送进了废品炉，有的钻进电视变成了信号微粒。对于这一切，小查理不为所动。最不可思议的事发生在了最后。
