L'eccentrico Willy Wonka è il proprietario della più grande fabbrica di cioccolato del mondo. Da anni, però, nessuno lo ha più visto, e non si sa come e da chi vengano prodotti i suoi dolci; quindici anni prima, infatti, Wonka aveva licenziato tutti i suoi operai per prevenire furti di ricette da parte di spie, ed aveva chiuso la fabbrica per molti anni.
Un giorno, inaspettatamente, Willy Wonka bandisce un concorso grazie al quale cinque fortunati bambini di tutto il mondo potranno entrare per un giorno nella sua fabbrica: per poter entrare bisogna trovare uno dei cinque biglietti d'oro nascosti in altrettante confezioni di cioccolato Wonka. Dei cinque bambini, uno avrà la fortuna di ricevere un premio speciale.
Charlie Bucket ha una famiglia povera; vive con i genitori ed i quattro nonni in una misera casa proprio ai piedi dell'imponente fabbrica Wonka e riceve una sola tavoletta di cioccolato all'anno, per il suo compleanno, nonostante le speranze la tavoletta di Charlie non contiene il biglietto. Inaspettatamente però Charlie trova dei soldi per terra e con quelli compra un'altra tavoletta, in essa trova il biglietto che lo rende il quinto fortunato vincitore del concorso indetto da Willy Wonka, e può accedere alla misteriosa fabbrica con il nonno Joe, ex-operaio di Wonka. Con lui ci sono altri quattro bambini: Augustus Gloop, golosissimo di cioccolato, Violetta Beauregarde, campionessa mondiale di gomma da masticare, Veruca Salt, figlia di un ricchissimo industriale e iperviziata, e Mike Teavee, campione di videogiochi.
Il tour della fabbrica, guidato dal suo eccentrico proprietario, si rivela una continua fonte di sorprese, prima tra tutte gli Oompa Loompa, gli strani operai di Wonka.
Intenzione di Willy Wonka è trovare il bambino al quale lascerà in eredità la sua azienda. Ogni aspetto del carattere dei cinque protagonisti li condurrà a esiti diversi. Augustus Gloop, per la sua ingordigia, verrà risucchiato dal sistema di deflusso del cioccolato; Violetta Beauregarde per la sua voglia di primeggiare, assaggerà una gomma da masticare che la trasformerà in un' enorme mirtillo; Veruca Salt, viziata e insoddisfabile, verrà gettata nella campana dei rifiuti da un gruppo di scoiattoli addetti al controllo delle noccioline; Mike Teavee, supponente e presuntuoso, utilizzerà un sistema di teletrasporto che lo ridurrà a minima grandezza. Charlie Bucket è l'unico bambino rimasto, e avrà in eredità la fabbrica di cioccolato. Per poterla ottenere dovrà però abbandonare la famiglia e trasferirsi con Willy Wonka. Rifiuta per l'amore incondizionato che prova per i suoi genitori ed i nonni. Willy, riflettendo su questa scelta, si riavvicinerà al padre dentista che lo aveva abbandonato negli anni dell' adolescenza, e ricostruirà la casa dei Bucket all'interno della fabbrica, per potere permettere a Charlie di vivere con i suoi familiari e con Willy medesimo.
