爱丽丝·金斯利
米娅·华希科沃斯卡饰
已经19岁的爱丽丝受困于维多利亚时代上流社会妇女们的浅见，于是跟着兔子一起跌进兔子洞，爱丽丝又一次遇到了童年的朋友们，直到“地下世界”对她并十分不友善的居民请求她保卫奇幻家园，爱丽丝的挑战来了。
红皇后
海伦娜·伯翰·卡特饰
“地下世界”的暴君，是《爱丽丝漫游奇境记》中的“红心女王”与《爱丽丝镜中奇遇记》中“红皇后”的结合。她的脑袋大得与身体不成比例，性格跋扈，成天叫嚷着要砍掉人们的脑袋，地下世界处于她的残暴统治之下。
疯帽子
约翰尼·德普饰
急性子的“疯帽子”不断变换的情绪忠实地反应在他的脸上和着装上。他可以说是爱丽丝真正的朋友，当其他居民不愿意相信她的时候，只有他还坚决站在爱丽丝这边。在故事中，他勇敢无畏，不遗余力地保护着爱丽丝。
白皇后
安妮·海瑟薇饰
“红皇后”的妹妹。在她开朗活泼的性格之下又有着一点阴暗。她其实很喜欢黑暗的一面，但又害怕走的太深，因此她总是表现得轻松愉快。当爱丽丝返回地下世界时，白皇后将她置于自己的翅膀之下保护着她。
孪生胖兄弟
马特·卢卡斯饰
圆滚滚的双胞胎兄弟，总是意见不统一，他们絮絮叨叨的谈话在别人看来毫无意义。当爱丽丝来到地下世界，她找到两兄弟做她的向导。他们天真幼稚又十分可爱，但说话就像谜语一般，总是帮不上忙。
白兔先生
迈克尔·辛饰
白兔先生负责找到爱丽丝并将她带回地下世界以完成她的使命。他在爱丽丝的花园聚会上出现，努力诱惑爱丽丝进入兔子洞。“他是个温暖的角色”麦克·辛说，“但同时他总是紧紧张张的，时间对他很重要。”
柴郡猫
斯蒂芬·弗雷饰
柴郡猫是一只能随时现身随时消失的短毛猫。他总是带着平静、诱人的微笑来掩盖自己胆怯的个性。这只猫首次出现在爱丽丝在树林被凶险的野兽袭击之时，并给爱丽丝提供包扎手臂伤口的丝布。
红心骑士
克利斯丁·格拉夫饰
“红皇后”军队的领袖，身高达7英尺6英寸、疤脸，左眼盖着一块心形的眼罩。斯塔亚尼是个傲慢又棘手的家伙，他对女王唯命是从，也是唯一可以平息女王怒火的人。其黑暗的一面在城堡走廊的阴影中展现无疑。
爱丽丝
饰
爱丽丝有着强烈的好奇心，经常做白日梦，脑子里总有一些天马行空的想法，遇到任何事情之前总是先给出自己的意见，而不是听取别人的建议。爱丽丝穿着一件蓝色的气球状礼服，裙衣系有白色围裙，腿穿白色灯笼裤，脚穿白袜子与黑色玛丽·简鞋，一头金发由一条蓝色蝴蝶结系着。
疯帽匠
疯帽匠居住在在小镇的边缘，是一个身量矮小、头发灰白、一年四季都在疯疯癫癫的人，他有一个大鼻子和一个滑稽的声音。人们不知道从什么时候起就称呼他为疯帽匠，他时常做一些看上去很奇怪的事情，不过这并不代表他不受欢迎。
三月兔
和疯帽匠一样是个疯子，但区别是，三月兔只在三月发疯，他很喜欢让爱丽丝跟他一起喝茶。三月兔顶着一副金黄色刺猬型头发，他的皮肤是棕色的，内耳色为粉色。
妙妙猫
又译一只喜欢咧着嘴笑的猫，非常淘气，总是喜欢误导爱丽丝，拥有能凭空出现、消失、随意将身体器官分开，以及变成各种形态的能力。在它消失以后，它的笑容还可以挂在半空中。
活字典
一条虫身人脸的蓝色毛毛虫，爱抽水烟，时常一副傲慢刻薄的样子，能自由的长出蝴蝶的翅膀。活字典的体型略为肥硕，拥有六对手脚，脚上穿有棕绿色足尖鞋。
红心女王
一个脾气暴躁的女人，身材肥胖，傲慢自大，是仙境土地上的统治者。红心女王是一个极端的虐待狂，谁要是不小惹到她，就会惹来斩首之祸。口头禅是“砍掉他（们）的头！”。
弹弹丁和弹弹当
一对身材矮小、大腹便便的双胞胎兄弟，两人的身体可以紧密的连在一起。
渡渡鸟上尉
穿着打扮的像个船长，该片的重要角色之一，曾多次帮助爱丽丝。
爱丽丝的姐姐
一个容貌美丽、有修养的女人，喜欢看书。片中并未提到她的名字。
