Cậu bé Charlie Bucket (Freddie Highmore) sống trong một gia đình nghèo khó. Một ngày nọ, cậu may mắn trúng tấm vé vàng để tham quan nhà máy sô cô la huyền bí của Willy Wonka (Johnny Depp), cùng với bốn đứa trẻ khác.
Trong chuyến tham quan, các bạn nhỏ lần lượt bị loại khỏi cuộc chơi do những tính xấu của mình, chỉ còn lại Charlie – người duy nhất có tấm lòng nhân hậu. Willy Wonka đề nghị Charlie thừa kế nhà máy, nhưng với điều kiện cậu phải rời xa gia đình. Cuối cùng, Wonka nhận ra giá trị của tình thân và mở lòng hơn nhờ tình cảm của Charlie.