男孩阿旺从小就被矫正器锁住嘴巴，因为老爸是牙医，他甚至连一颗糖都没有吃过，好不容易偷藏了几颗糖果，却被老爸全部丢进了火炉。阿旺不想再这样言听计从，他在炉灰里翻出一块巧克力，然后剥开放进了嘴。也正是这一口，让阿旺彻底爱上了这个味道。他开始品尝不同口味的巧克力，每次吃完后还要把特点认真地记在本本上。阿旺的心中已经有了向往，他要打造一件世界上最大的巧克力工厂，和老爸一怒之下竟将他赶出了家门。
阿旺开始游走在各个国家，等他学成归来，却发现家竟然没了。阿旺没有气馁，他真的建了一家工厂，并且生意已经做到了国际化，就连印度王子都请他打造了一座巧克力宫殿，里面有上百个房间，所有的一切都是用巧克力打造。他生意的火爆已经遭到了许多同行的嫉妒，他们派间谍混入工人的队伍，偷走了阿旺的秘密配方，各式各样的山寨版巧克力随处可见。阿旺没有做任何的回应，她辞退了所有宫人，并且宣布将永远关闭工厂的大门。可一段时间后，工厂又恢复了运转。奇怪的是，工厂每天生产大量的巧克力，却见不到一个工人出入。
正当人们感到疑惑的时候，阿旺突然发出了公告，他在巧克力的包装下藏了五张金券，只要是中奖的人就能来参观他的工厂，并且在游戏环节，坚持到最后还能获得一份神秘大礼。此消息一出，世界各地的巧克力都被一抢而空。
一个富家千金，为了金券甚至让老爹买下了当地所有的巧克力，发动全体员工三天三夜差讲不要停血。最后终于找到了精选。第二位幸运儿是一个天才少年，他单瓶巧克力的出厂时间和天气就能推断出精确的位置，而第三位中奖者，他成功的秘诀就是一个字不停的吃。
第四位中奖者是个女孩，她从小就争强好胜，为了一个世界纪录，他能把一块口香糖连嚼三个月。只有肖恩和其他人不一样，他没有优越的家境，也没有报表的运气，唯一能吃上巧克力的时候就是过生日的那天。他们一家七口都挤在这间破旧的小屋，虽然家里穷，但每年生日他都能收到一块巧克力。这天，外公把肖恩叫到房间，他掏出自己辛苦藏的私房钱，打算让肖恩再去碰碰运气。可最后奇迹还是没有出现，肖恩一脸失落地走出家门，结果就在路边的雪地，他意外捡到了十块钱。肖恩一头扎进商店，用最后的钱买下一块巧克力。这一次，奇迹终于出现，萧恩得到了最后一张精选，旁边一脸坏意的大叔出价50块，外加一个猴子的传说皮肤。身边的女人直接开价500，但肖恩可不傻，他跑回家把这个好消息告诉了家人。
可开心过后，肖恩却打算放弃这个机会，既然有人能出。出价500就一定会有人出的更多，他想为家里补贴一份家用，可爷爷告诉他，这个世界每天都会印出很多新的钞票，但金券只有五张，机会也只有这一次。在外公的陪伴下，肖恩和其他幸运儿家庭走进了工厂大门。欣赏了一段歌舞表演后，他们见到了阿旺本尊，剩下的就由阿旺亲自来带他们参观。
打开大门，所有人都被这一幕惊呆了，这里的河流瀑布，就连地上的花花草草都是巧克力。不远处还有一群小矮人在工作，他们与外界彻底隔绝，吃睡都在这间工厂里解决。这就是见不到工厂有一人出入的原因。别人都在探索这里的奇妙，只有小胖一个猛子趴在地上，抓起地上的草就往嘴里塞。吃完后，他还想尝尝合理的巧克力奖，结果一个没站稳就摔进了河里。小胖成了第一个被淘汰的，其他人则坐着龙船继续参观。他们来到了一个机器前，这里产出的口香糖可以随着心情变换口味，并且吃下他一口就相当于三顿饭的热量。一听到口香糖，争强好胜的女孩直接就强迫塞进了嘴里。
女孩刚嚼了一下口香糖，鼻子就变成了蓝色，手臂和头发也很快被传染。原来这个口香糖还处在试验阶段，各项功能都十分不稳定，女孩的身体开始不断膨胀，最后变成了一个超大号的蓝莓，被小矮人推进了榨汁。
车间剩下的三位幸运儿被阿旺带到了果仁车间，这里有一群训练有素的松鼠，他们只要报折坚果，敲一敲就能听出这个果然是好是坏千金，非要闹着老爹给她买一只，还没等到同意，他就擅自闯进了工作群。结果这惹怒了小松鼠，他们一拥而上，很快就把千金扑倒在地，其中一只敲了敲他的脑壳，确定了这是一颗坏果。而坏果最终的归宿就是垃圾桶，千金也惨遭淘汰，现在就只剩下肖恩和天才少年，它们跟着阿旺一起来到了一间实验室，小矮人把一块巨大的巧克力放到了神秘仪器上，转眼巧克力就出现在电视里，只要伸伸手就能拿出来吃。
看到这里，天才少年不淡定了，这种传送仪器竟然被用来卖巧克力。他不顾家人的劝阻，跳进仪器想研究下这划时代的发明，结果一道白光之后，他也被送。进了电视里，等被捏出来时已经变得比小矮人还小，现在只能把他送到其他车间，看看能不能拉回之前的大小。现在场上就只剩下肖恩一人，他自然也成了最后的赢家。他们一起来到了肖恩的家里，众人都没有想到，最终大奖竟然是继承这家巧克力工厂，唯一的条件就是必须放弃家人，因为阿旺就是独自打拼才有了，今天的成就。
肖恩没有继续听下去，他果断拒绝了，阿旺，因为这世间所有美好的事物都要和别人分享才会有意，比起一个人的辉煌，他更愿意和家人一起吃苦。在肖恩的建议下，阿旺也回到了自己的老家，他这才发现，原来父亲并没有抛弃自己，房间里挂满了关于他的新闻。父亲不善去表达爱意，只好在背后默默的关注阿旺父子俩多年的隔阂，在一个拥抱后终于消散。最后，肖恩接受了阿旺的工厂，和家人一起告别了破旧的小屋。这世间所有的美好，缺少了分享和陪伴，就失去了它最初的意义。如果你只用财富衡量一切，那么这世界还有很多美好等着你去体会。
