История фильма рассказывает о простом мальчике Чарли Бакете. Он не выделяется среди других детей, живет в маленькой старой лачуге. Вместе с ним и его родителями живут бабушки и дедушки. Дедушка главного героя, Джо Бакет, раньше работал на всемирно известной шоколадной фабрике Вилли Вонки. Но случаи воровства секретов Вонки конкурентами стали слишком частыми, и шоколатье решил закрыть производство. Прошло время, никто не видел, чтобы люди заходили на предприятие и выходили из него. В какой-то момент дым из труб снова пошел, продукция Вонки вернулась на лавки магазинов, и люди начали гадать, кто производит товары
Однажды гениальный кондитер оставляет послание для жителей планеты: пять детей могут посетить его шоколадную фабрику. Одного из них ожидает особый приз, о котором ничего не известно. Чтобы стать одним из счастливчиков необходимо найти золотой билет, спрятанный в шоколадке Вонки. Когда два ребенка нашли золотой билет, родители Чарли решают подарить ему плитку шоколада до его дня рождения, однако билета в ней не оказалось
Когда уже четверо получили билет, положение семьи Бакетов ухудшается: отца Чарли, Уильяма Бакета, увольняют с работы, заменив роботом. Вскоре появляется новость о пятом ребенке, нашедшем приглашение, но выясняется, что оно поддельное. В это время мальчик находит на улице денежную купюру и покупает плитку шоколада, в которой оказывается последний золотой билет. Вместе с мальчиком отправится дедушка Джо
В указанное время дети и сопровождающие их взрослые уже ждут на пороге предприятия. Прежде чем зайти в нее они смотрят спектакль, по окончании которого рядом с ними оказывается сам Вилли Вонка. После вступительной речи он проводит гостей внутрь и начинает экскурсию
Первым посещенным местом стал Шоколадный цех. Там одна из детей, Верука Соль, замечает странных людей: Умпа-Лумпов, благодаря которым производство возобновилось. После рассказа мистера Вонки о его знакомстве с удивительным народом Август Глуп падает в шоколадную реку, затем его засасывает труба. Обеспокоенную маму Августа уводит к сыну Умпа-Лумп, а остальные гости садятся в лодку и продолжают свою экскурсию по фабрике
Следующим местом посетили цех Изобретений. В нем проводятся эксперименты и создаются удивительные сладости, например, жевательная резинка из трех блюд. Не все еще доработано, о чем предупреждает мистер Вонка, но его проигнорировала Виолетта Борегард и попробовала жвачку из трех блюд. В итоге девочка стала цветом как черника и ее раздуло. Умпа-Лумпы укатывают ее в цех по приготовлению соков. Вместе с девочкой уходит ее мама. Остальные направляются в другой отдел
Гости оказываются в цехе сортировки орехов. Единственными работниками данного цеха являются специально обученные белки. Вонка выбрал их лущить орехи, так как они могут делать это не расколов ядра. Предварительно белки проверяют, не испорчен ли орех. Верука Соль начинает капризничать и выпрашивать у отца такую же белку. Вилли Вонка отказывается продать ее, и девочка спускается, желая забрать одну из белок. В результате животные разозлились и сбросили девочку в мусоропровод. Отец Веруки спускается в цех с целью попытаться помочь дочери, но также падает в мусоропровод
Далее герои добираются на лифте. В ходе короткого разговора детей кондитер вспоминает еще один отрывок из детства, в котором он ссорится с отцом и уходит из дома. Майк Тиви говорит мистеру Вонке, что хочет выбрать следующий отдел. Так гости с шоколатье попадают в Телевизионный цех, в котором тестируют механизм передачи шоколада по телевизору. Слушая рассказ кондитера, Майк не верит ему говоря, что это невозможно. Когда передача оказывается успешной, мальчик хочет попробовать механизм на себе. Заканчивается все тем, что Майка достают из телевизора очень маленьким и Вилли Вонка предлагает растянуть его механизмом. Умпа-Лумпы отводят мистера Тиви и его сына в другой отдел
Среди всех детей остался только Чарли. Обнаружив это, мистер Вонка обрадовался и говорит мальчику, что тот выиграл особый приз. Переместившись на лифте прямо домой к Бакетам, кондитер раскрывает, что подарит победителю свою фабрику. Он рассказывает, что решил пригласить детей к себе на экскурсию с целью найти наследника, которым стал бы самый неиспорченный ребенок. Юный Бакет согласен при условии, что его семья будет рядом. Мистер Вонка отвечает, что так не получится, и мальчик отказывается от приза. Этим он сильно удивляет кондитера и тот вынужден вернуться ни с чем
После возвращения Чарли домой дела у семьи налаживаются. Уильяма Бакета взяли работать на хорошей должности: теперь он чинит робота, который его заменил. У мистера Вонки все не так хорошо, его настиг кризис. После он снова встречается с Чарли и в результате мальчик предлагает шоколатье поговорить с отцом. Тот соглашается, и в итоге вместе они отправляются к дому отца Вилли Вонки. Помирившись с семьей, он повторяет свое предложение Чарли. В конечном счете мальчик получил шоколадную фабрику, куда переехала вся его семья