فیلم چاه عجایب ماجرای سفر هیجان‌انگیز دختر دوازده ساله‌ی ساده‌لوح و کنجکاوی است که با قدم گذاشتن در سرزمینی خیالی به نام چاه عجایب که در ایتالیای امروزی قرار دارد، آغاز می‌شود. این سفر آغازی ماجراجویانه و جذاب برای دختر است که باعث وقوع تغییراتی هیجان‌انگیز در زندگی‌اش می‌شود و ...

داستان از آنجایی شروع می شود که مادربزرگ زنی به نام جوزفین مالون فوت می‌کند و وصیت می‌کند که برای به دست آوردن ارثیه خانوادگی باید همراه با مردی به نام جیمز مارکو که یک بوکسر است ازدواج کرده و در خانه مادر بزرگش زندگی کند و ...