แทบทุกคืนในบ้านของพวกบั๊คเก็ต อาหารเย็นคือซุปกะหล่ำน้ำใสหนึ่งชาม ซึ่งเด็กน้อย ชาร์ลี (เฟรดดี้ ไฮมอร์) เต็มใจยิ่งที่จะแบ่งปันกับ แม่ (เฮเลน่า บอนแนม คาร์เตอร์) และ พ่อ (โนอาห์ เทย์เลอร์) และปู่ย่าตายายทั้งสองคู่ของเขา บ้านของพวกเขาเป็นบ้านเก่าโกโรโกโสหลังเล็กที่ใกล้จะพังเต็มที แต่เต็มไปด้วยความรัก สิ่งสุดท้ายที่ชาร์ลีเห็นจากหน้าต่างบ้าน คือโรงงานช็อคโกแล็ตขนาดใหญ่ของ วิลลี่ วองก้า (จอห์นนี่ เด็พพ์) และเขาจะม่อยหลับไป เพื่อฝันว่ามีอะไรอยู่ในนั้น..

เกือบสิบห้าปีมาแล้ว ที่ไม่มีใครเคยเห็นคนงานสักคน เข้าไปหรือออกมาจากโรงงานนั่น หรือแม้แต่ได้เห็นเพียงแวบหนึ่งของตัว วิลลี่ วองก้า เอง แต่ช่างน่าลึกลับที่ช็อคโกแล็ตจำนวนมหาศาล ยังคงถูกผลิตและส่งออกไปขายยังร้านต่างๆ ทั่วโลก วันหนึ่ง วิลลี่ วองก้า ได้ออกประกาศครั้งสำคัญ เขาจะเปิดโรงงานยอดนิยมและเผย "ความลับและมนตร์ขลังทุกอย่าง" แก่เด็กๆ ผู้โชคดีห้าคน ที่พบตั๋วทองที่ซ่อนอยู่ในแท่งช็อคโกแล็ตวองก้า ที่ได้รับการสุ่มคัดเลือกไว้ ไม่มีอะไรที่จะทำให้ครอบครัวของชาร์ลีมีความสุขยิ่งไปกว่า การได้เห็นเขาได้รับรางวัล แต่คนอื่นๆ ช่างได้เปรียบกว่ามาก เพราะว่าพวกเขาสามารถซื้อช็อคโกแล็ตได้ ปีละแท่งเท่านั้นสำหรับวันเกิดของเขา จริงดังคาด เมื่อมีการทยอยประกาศข่าวจากรอบโลก ว่ามีเด็กๆ พบตั๋วทองแล้ว ความหวังของชาร์ลีก็ริบหรี่ลงเรื่อยๆ คนแรกคือเด็กชายจอมตะกละ ออกั๊สตั๊ส กลู๊ป (ฟิลิปส์ เวียแกล็ทซ์) ผู้ไม่เคยคิดเรื่องอื่น นอกจากการใส่ของหวานเข้าไปในปากของเขาตลอดวัน ตามมาด้วยเด็กหญิงที่ถูกตามใจจนเคยตัว เวรูก้า ซ้อลท์ (จูเลีย วินเทอร์) ที่พร้อมจะตีโพยตีพาย หากว่าพ่อของเธอไม่ยอมซื้อทุกอย่างที่เธอต้องการให้ ต่อมาคือ ไวโอเล้ต โบรีการ์ด (แอนนา โซเฟีย รอบบ์) แชมป์เคี้ยวหมากฝรั่ง ที่สนใจแต่ถ้วยรางวัลในตู้โชว์ของเธอ และท้ายที่สุด แน่นอนว่าเป็น ไมค์ ทีวี (จอร์แดน ฟราย) ผู้มักจะโอ้อวดว่าเขาฉลาดกว่าคนอื่นๆ แค่ไหน

แต่แล้วเรื่องมหัศจรรย์ก็บังเกิด ชาร์ลีเก็บเงินได้จากถนนที่คลุมไปด้วยหิมะ และนำมันไปซื้อช็อคโกแล็ตวองก้า ชนิดผสมเข้าเนื้อเนียน เหนียวนุ่มแสนอร่อย ด้วยความคิดเพียงว่าเขาหิวโซขนาดหนัก และมันจะอร่อยแค่ไหน ที่นั่นเขาพบแผ่นสีทองข้างใต้กระดาษห่อ มันคือตั๋วใบสุดท้าย.. ชาร์ลีจะได้ไปที่โรงงาน! ปู่โจ (เดวิด เคลลี่) ของเขา ตื่นเต้นกับข่าวนี้มากเสียจนกระเด้งลุกออกจากเตียงได้ ราวกับว่าอายุน้อยลงไปหลายปีในทันทีทันใด และระลึกได้ถึงช่วงเวลาที่เคยมีความสุขกว่านี้ ตอนที่เขาเคยทำงานในโรงงาน ก่อนที่วิลลี่ วองก้าจะปิดประตูด้านที่ติดกับเมืองตลอดกาล ทั้งครอบครัวตกลงใจว่า ปู่โจควรเป็นคนที่จะไปกับชาร์ลี ในการผจญภัยครั้งหนึ่งในชีวิตของเขา

เมื่อได้เข้าไปข้างใน ชาร์ลีต้องตื่นตาตื่นใจกับภาพอันน่าทึ่งที่ได้เห็นเป็นระยะ เครื่องไม้เครื่องมืออัศจรรย์ที่ส่องประกายแวววาว ด้วยการประดิษฐ์ขึ้นมาโดยวองก้าเอง ซึ่งกวนส่วนผสม ส่งเสียง และผิวปาก ในระหว่างที่สร้างสรรค์ขนมแปลกๆ ใหม่ๆ นานาชนิด บรรดาคนงานชาว อูมปา-ลูมป้าส์ (ดีพ รอย) ที่ร่าเริง ซึ่งกำลังทำเหมืองในภูเขาขนมหวาน อยู่ข้างน้ำตกช็อคโกแล็ตที่มีฟองปุดๆ หรือการล่องเรือลูกกวาดเนื้อแข็งใสที่มีหัวรูปมังกร ไปตามแม่น้ำช็อคโกแล็ต ผ่านต้นลูกกวาดที่บิดเป็นเกลียว และหญ้าที่ทำด้วยน้ำตาลกลิ่นสะระแหน่ซึ่งกินได้ พุ่มดอกมาร์ชเมลโลว์ครีมรสเชอรี่ที่สุกและหวาน ที่นั่น กระรอกนับร้อยที่ได้รับการฝึกฝน นั่งอยู่บนเก้าอี้ทรงสูงนับร้อยตัว แกะเปลือกถั่วสำหรับช็อคโกแล็ตชนิดแท่งอย่างว่องไว ยิ่งกว่าเครื่องจักรชนิดใดๆ และตัววองก้าเองที่เป็นคนขับลิฟท์แก้ว ซึ่งขับเคลื่อนทางด้านข้าง ด้านขวาง และทุกอย่างที่เราจะนึกออก ในโรงงานอันมโหฬารและแสนมหัศจรรย์ สิ่งที่น่าทึ่งพอๆ กับสิ่งประดิษฐ์ที่เต็มไปด้วยสีสัน ก็คือตัวของวิลลี่ วองก้าเอง เจ้าของบ้านที่งามสง่าแต่แปลกพิสดาร เขาไม่คิดถึงอะไรอื่น นอกไปเสียจากขนมหวาน - ยกเว้นนานๆ ครั้ง ตอนที่เขาดูเหมือนจะคิดถึงบางอย่าง ที่เคยเกิดขึ้นเมื่อนานมาแล้ว ซึ่งเขาไม่อาจพูดถึงได้ ว่ากันว่า วองก้านั้นไม่เคยย่างกรายออกไปนอกโรงงานมาหลายปีแล้ว ที่จริงแล้วเขาเป็นใครกันแน่ และทำไมเขาจึงอุทิศชีวิตให้กับการทำขนมหวานนั้น ...ชาร์ลีได้แต่คาดเดา ในขณะเดียวกันที่บรรดาเด็กคนอื่นๆ ทำตัวเกเร และคิดถึงแต่เรื่องของตัวเอง เสียจนแทบไม่ชื่นชมกับงานประดิษฐ์ที่น่าอัศจรรย์ของวองก้า ความโลภ ความเอาแต่ใจตัวเอง ความหยาบคายร้ายกาจ และรู้ดีไปหมด ได้นำพวกเขาไปสู่ความยุ่งยาก ที่บีบบังคับให้ต้องออกจากการชมโรงงาน ก่อนที่จะจบรายการไปทีละคน

เมื่อเหลือเพียงแค่ชาร์ลี บั๊คเก็ตตัวน้อย วิลลี่ วองก้าก็เผยความลับสุดท้ายของเขา รางวัลใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมี : กุญแจโรงงาน หลังจากที่โดดเดี่ยวจากครอบครัวมาแสนนาน วองก้ารู้สึกว่า ถึงเวลาที่เขาจะต้องหาผู้สืบทอดจักรวาลขนมหวานของเขา ใครสักคนที่เขาเชื่อได้ว่า จะสานต่องานแห่งชีวิตของเขา และเป็นเหตุผลที่เขาจัดการแข่งขันครั้งนี้ขึ้น เพื่อเลือกเด็กคนหนึ่งที่พิเศษสุด สิ่งที่เขาไม่เคยคาดหวังไว้ก็คือ การกระทำที่โอบอ้อมอารีอย่างหาที่เปรียบไม่ได้ครั้งนี้ อาจนำมาซึ่งของขวัญล้ำค่ายิ่งกว่าอันหาใดเทียม เป็นการตอบแทนแก่เขา...

เส้นทางที่ชาร์ลี บั๊คเก็ตตัวน้อยเดินไปและกลับจากโรงเรียนวันละสองเที่ยว ต้องผ่านประตูโรงงาน ทุกครั้งที่เดินผ่าน เขาจะเดินช้าๆ เชิดจมูกขึ้นไปในอากาศ และสูดลมหายใจลึกๆ ยาว ๆ สูดกลิ่นช็อคโกแล็ตน่าอร่อยรอบตัวให้เต็มปอด โอ้.. เขาหลงรักกลิ่นนั้นจริง ๆ! และเขาอยากเข้าไปในโรงงาน เพื่อดูว่าข้างในนั้นเป็นอย่างไร...