Le gentil petit Charlie Bucket
(Freddie Highmore) vit dans la misérable demeure de ses parents
(Helena Bonham Carter) et
(Noah Taylor) avec ses quatre grands-parents Joe
(David Kelly), Joséphine
(Eileen Essell), George
(David Morris) et Georgina
(Liz Smith). Il rêve de la gigantesque chocolaterie voisine dans laquelle travaillait son grand-père Joe jusqu'au licenciement en masse pour cause d'espionnage industriel. Pourtant, de celle-ci continue de sortir de délicieuses confiseries conçues par l'inventif Willy Wonka
(Johnny Depp). Quand le chocolatier solitaire propose aux enfants qui trouveront l'un des cinq tickets d'or glissé dans une tablette de chocolat de visiter sa fabrique, Charlie rêve d'être l'un d'eux. Les quatre premiers gagnants sont le gourmand et obèse Augustus Gloop
(Philip Wiegratz) de Düsseldorf, l'hyper-gâtée Veruka Salt
(Julia Winter) d'Angleterre, la prétentieuse championne toutes catégories Violette Beauregard
(AnnaSophia Robb) d'Atlanta, et le méprisant et agressif surdoué Mike Teavee
(Jordan Fry) de Denver. Après une première tablette offerte pour son anniversaire, et une seconde payée avec les maigres économies de son grand-père Joe, Charlie trouve le dernier ticket d'or en s'offrant du chocolat avec un billet trouvé dans la rue. Le mardi 1
er février à dix heures s'ouvrent les grilles de la chocolaterie Wonka, pour laisser entrer les cinq gagnants, accompagnés chacun d'un parent. L'excentrique Willy les accueille et les fait pénétrer dans un merveilleux décor où tout est constitué de confiserie, et leur présente le peuple des minuscules Oompas Loompas
(Deep Roy) travaillant là depuis qu'il les a ramené d'un voyage. La gloutonnerie d'Augustus le précipite dans la rivière de chocolat, d'où il est aspiré par une machine. Sa mère
(Franziska Troegner) suit un Oompa Loompa pour tenter de le retrouver dans une des cuves de fondant. Dans la salle des inventions, malgré les avertissements, Violette, championne du mâcher de chewing-gum, teste celui de Wonka qui vaut un repas. Au moment du dessert, elle se transforme en énorme myrtille, et est conduite par sa mère
(Missi Pyle) et quelques Oompas Loompas au pressoir. Dans la chambre où des écureuils dressés sélectionnent et ouvrent des noix, l'exigeante Veruca tente de s'emparer de l'un d'eux. Désignée comme pourrie par les rongeurs, elle est jetée dans le conduit à ordures, où est également poussé son riche père industriel
(James Fox) responsable d'avoir fait d'elle une peste. Enthousiasmé par la téléportation d'une gigantesque plaque de chocolat dans une télévision, Mike tente lui-même l'expérience et se retrouve minuscule dans le poste. Il est porté par son père
(Adam Godley) à l'étireuse de guimauve. Toute au long de la visite, Willy Wonka se souvient comment enfant
(Blair Dunlop), affublé d'un encombrant appareil dentaire, il quitta son rigide père dentiste
(Christopher Lee), qui lui interdisait toute sucrerie, afin d'apprendre à faire du chocolat. Accompagné de son grand-père Joe, Charlie est le dernier présent auprès de Willy Wonka, qui lui annonce qu'il a gagné le premier prix ! Souhaitant un successeur, il lui offre la prestigieuse usine de confiserie Wonka. Mais comme il devrait se consacrer exclusivement à cette activité sans plus jamais voir sa famille, l'enfant refuse. Willy Wonka étant décidé à faire de Charlie son héritier, il se laisse convaincre de revoir son père Wilbur, et devient membre de la famille des Bucket dans la maison branlante transportée au cœur de la fabrique, où ils élaborent dorénavant tous deux de concert de nouvelles recettes.