Alicia Kingsleigh (Mia Wasikowska) ha pasado los últimos tres años haciendo realidad su sueño: navegar en alta mar capitaneando su propio barco. Cuando regresa a Londres, Absolem lleva a Alicia a un espejo mágico, a través del cual regresa al reino fantástico del Submundo. Allí se reúne con sus amigos el Conejo Blanco, el Gato de Cheshire, el Lirón, la Liebre de Marzo, los Tweedles y el Sombrerero Loco que, por desgracia, ya no es el mismo. El Sombrerero ha perdido su Muchosidad, por lo que Mirana envía a Alicia en busca de la Cronosfera, un globo metálico que permitirá a Alicia retroceder en el tiempo, donde se cruza con amigos y enemigos en diferentes etapas de sus vidas, y se embarca en una carrera peligrosa para salvar al Sombrerero antes de que se acabe el tiempo.
