Burton se tentokrát ujal oblíbeného románu od spisovatele Roalda Dahla Karlík a továrna na čokoládu, který vypráví o excentrickém výrobci čokolády Willy Wonkovi (Johnny Depp) a dobrosrdečném chlapci z chudé rodiny ze sousedství Wonkovy továrny, Karlíku Bucketovi (Freddie Highmore). Ve většině případů mají Bucketovi na večeři prostou zelnou polévku, do které se Karlík hladově pouští jak se svou maminkou (Helena Bonham Carter) a tatínkem (Noah Taylor), tak prarodiči z obou stran.

Jakkoli je jejich domeček malý a nakloněný na stranu, panuje v něm láska a porozumění. Když Karlík večer usíná, to poslední, co vidí z okna, než zavře oči, je velká továrna na čokoládu. A jako každé malé dítě, i on sní o tom, jaké je to asi uvnitř. Ač se to zdá neuvěřitelné, již patnáct let nikdo nezahlédl ani jediného dělníka, který by z továrny vyšel nebo do ní vstoupil, natož jen stín Willyho Wonky - továrna však nadále produkuje čokoládu v neuvěřitelném množství a rozesílá ji do obchodů po celém světě. Jednoho dne vydá Willy Wonka nečekané oznámení. Dá prý svou továrnu otevřít a odkryje “všechna její tajemství a kouzla” pěti dětem, které objeví v jedné z náhodných čokolád přiložený zlatý kupón. Karlíkově rodině by nic neudělalo větší radost, než kdyby to byl právě on, kdo vyhraje, ale všechny okolnosti jsou proti tomu, protože rodina je natolik chudá, že si nemůže dovolit ani to, aby mu k narozeninám koupila Wonkovu čokoládu.

Každý den přicházejí ze světa zprávy o dětech, které v čokoládě objevily zlatý kupón. Zdá se, že Karlík se musí vzdát veškerých nadějí. První zlatý kupón objeví malý jedlík Augustus Gdoule, který nepřemýšlí o ničem jiném, než jak se pořádně nabouchat čokoládou, další je zlá dívenka Veruca Saltini, která ze svého otce vymámí vše, co chce. Třetí je mistryně ve všech možných sportech a velká milovnice žvýkaček Fialka Garderóbová, jejíž jedinou starostí jsou výhry a ceny. Posledním lístkem dětského čtyřlístku je raubíř Mikey Telekuk, který si myslí, že vždycky ví všechno úplně nejlépe.

Karlík a jeho rodina už nadobro ztratili naději - a tu se stane zázrak! Karlík najde na zasněžené ulici bankovku a hned s ní utíká do nejbližšího obchodu, aby si tam koupil Wonkovu pochoutku. Ne snad kvůli tomu, že by nutně chtěl vyhrát. Spíše se těšil na její chuť...a taky potřeboval utišit krutý hlad. Jenže co to? Pod úhledným obalem se cosi zablýskne. Vždyť je to poslední zlatý kupón! A Karlík tedy může do továrny! I jeho dědeček Pepa (David Kelly), který kdysi v továrně pracoval, než ji pan továrník Wonka nadobro zavřel, je úžasnou novinkou natolik rozrušen, že vyskočí z postele jako mladý jelen. Rodinná rada rozhodne, že by to měl být právě dědeček Pepa, kdo by měl Karlíka na jeho jednodenním dobrodružství doprovázet. Jakmile se Karlík dostane dovnitř, je jako u vytržení, protože kam až jeho oko dohlédne, je něco k snědku.

Tým veselých Umpa-Lumpů těží sladkosti z cukrových hor, které jsou hned vedle napěněného vodopádu z té nejlepší čokolády, nebo pádlují na cukrové vikingské lodi s dračí hlavou po proudu čokoládové řeky, která se vine loukami s trávou a stromy z cukrkandlu. Na stromech rostou višňové želatinové krémy ve tvaru květin. O pár místností dál louská stovka cvičených veverek lískové oříšky do čokolády rychleji, než by to dokázal jakýkoliv stroj. A sám pan Wonka řídí dosud nevídaný výtah, který jezdí nejen nahoru a dolů, ale i do stran a křížem, a tak se bleskurychle přemisťuje po své továrně.

Sám Willy Wonka je stejně zvláštní jako jeho vynálezy. Je štědrý, ale ke konvenčnosti má opravdu daleko. Jakoby nepřemýšlel o ničem jiném, než o sladkostech. Jen čas od času se ponoří do svých vzpomínek, o kterých zjevně nechce mluvit. Jak již bylo řečeno výše, Wonka se mimo továrnu neobjevil již několik let. A Karlík a všichni ostatní se mohou jen dohadovat, proč svůj život plně zasvětil čokoládě. Časem se ukáže, že první čtyři děti jsou pěkně nevychované. Jsou natolik zaměřeny na sebe, že si ani Wonkova světa neváží. Jedno dítě vedle druhého je plné závisti, zloby a domýšlivosti, což je nakonec přivede do pěkných problémů.

Když nakonec zbude jen Karlík Bucket, sdělí mu Willy Wonka tajemství, v čem spočívá hlavní cena: vítěz dostane klíče od továrny. Wonka se se svou rodinou nestýká a tak si řekl, že je na čase, aby pro své čokoládové impérium našel nějakého dědice. Někoho, komu může důvěřovat, že bude pokračovat v jeho životním díle. Proto se rozhodl, že si svého nástupce najde mezi těmi, kteří mají rádi to co on: čokoládu. Na počátku celého podniku však ještě Willy Wonka nemohl tušit, že za jeho štědrý čin se mu na oplátku dostane to, po čem vždycky toužil.