爱丽丝 （米娅·华希科沃斯卡 饰演）

已经19岁的爱丽丝有着自己对未来的思考。成年的她受困于维多利亚时代上流社会妇女们的浅见，无法在自己的梦想与亲朋好友对她的期望之间找到平衡。这个地下世界她还是孩子的时候就曾经拜访过，但现在已经没有任何印象。跌进兔子洞后，爱丽丝又一次遇到了童年的朋友们：毛毛虫阿布索伦，柴郡猫，孪生胖兄弟叮叮和咚咚，当然还有“疯帽子”。爱丽丝忽而变大忽而变小，她以为这一切都是一场梦，直到“地下世界”那些对她并十分不友善的居民请求她保卫他们的奇幻家园，爱丽丝的挑战来了。

疯帽子 （约翰尼·德普 饰演）

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。他一直焦急地等待着爱丽丝的回归。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。在这个故事中，他勇敢无畏，不遗余力地保护着爱丽丝。“我一直觉得‘疯帽子’是个受害者，”戴普说，“他在很多方面都是一个受害者，水银让他中毒，但在这个版本中，他身上还有其他悲剧因素，使得这个角色分量很重。”

红皇后 （海伦娜·伯翰·卡特 饰演）

“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，她性格跋扈，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。伯翰·卡特说：“这个专制跋扈的女王有情绪问题，她总是没有缘由地发脾气，她发起脾气来就跟两岁的小孩一样恣意妄为。”她废黜并流放了本应该成为女皇的妹妹“白皇后”。

白皇后 （安妮·海瑟薇 饰演）

“红皇后”的妹妹。在她开朗活泼的性格之下又有着一点阴暗。“她与‘红皇后’有不少相同的基因，”海瑟薇说，“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。但是由于害怕，她在自己生活的那个世界里无法控制自己。尽管并不完全出于无私，但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。”

孪生胖兄弟叮叮和咚咚 （马特·卢卡斯 饰演）

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。“我相信这两兄弟之前从来没有真正碰上过人类，”同时 饰演两兄弟的英国喜剧演员马特·卢卡斯说，“爱丽丝的出现激起了他们极大的好奇心，在他们的世界，不正常的都是正常的，爱丽丝才是另类的。毛毛虫能说话很正常，但一个女孩却很罕见。”