爱丽丝·金斯利（米娅·华希科沃斯卡饰）作为船长纵横四海3年后回到伦敦，却发现对于女性社会角色的陈腐观念依然盛行，她为自己所设想的未来可能无法成为现实。此时白皇后（安妮·海瑟薇饰）希望她借助时空魔球回到过去去拯救疯帽子匠（约翰尼·德普饰）全家。而被流放外域的红皇后（海伦娜·伯翰·卡特饰）也与“时间”（萨莎·拜伦·科恩饰）结盟，并暗中计划偷取时空魔球。爱丽丝回到过去，与各个朋友和敌人在不同的时间点上交错，并且与红皇后和时间本人在时间的海洋上展开了一场奇妙的追逐。