Willy Wonka (Timothée Chalamet) es un chocolatero aspirante que llega a un nuevo pueblo para vender sus creaciones. Los tres propietarios de tiendas de chocolate locales - Slugworth, Fickelgruber y Prodnose, también conocidos como el Cartel del Chocolate - descubren que los chocolates de Willy son realmente deliciosos, viéndolo como una amenaza para su negocio. Utilizan al Jefe de Policía (Keegan-Michael Key) para impedir que Willy venda su dulce, mientras Willy y varias otras personas son engañadas para trabajar en una lavandería propiedad de Scrubbit y Bleacher. Willy se une con un huérfano llamado Noodle y sus amigos para seguir fabricando y vendiendo chocolate.

Cuando Willy abre su propia tienda en la plaza del pueblo, Slugworth convence a Scrubbit y Bleacher de envenenar el chocolate de Willy, lo que causa que las personas que lo comen crezcan pelo y cambien de colores extraños. La gente destroza y destruye la tienda de Willy. Luego, Slugworth ofrece pagar las deudas de Willy y de todos los demás si él se va del pueblo y nunca vuelve a hacer chocolate. Willy acepta, pero pronto se da cuenta de que Noodle está conectado con Slugworth y está en peligro. Se une a un Oompa Loompa llamado Lofty para regresar después de descubrir que el Cartel del Chocolate manipuló su barco para que explotara.

Willy y sus amigos intentan irrumpir en la bóveda del Cartel del Chocolate debajo de una iglesia para encontrar un libro de contabilidad que exponga sus crímenes, ya que ellos mantienen un gran suministro de chocolate para sí mismos. Son atrapados y se revela que Noodle es la sobrina de Slugworth, y él la mantuvo oculta de su madre después de que su hermano muriera para poder heredar la fortuna de la familia. Los villanos intentan ahogar a Willy y a Noodle en chocolate, pero Lofty los encuentra y los libera. Willy y Noodle llevan el libro de contabilidad a la policía, lo que lleva al arresto del Jefe mientras Slugworth, Fickelgruber y Prodnose se alejan flotando, ya que sin saberlo comieron los dulces de Willy que hacen volar a la gente. Willy también provoca que su suministro de chocolate salga de una fuente, arruinándolos efectivamente.

Willy vuelve a los negocios mientras ayuda a Noodle a encontrar y conocer a su madre. Con la ayuda de Lofty, establece su famosa fábrica de chocolate en todo el mundo. Abacus, Lottie, Piper y Larry regresan a sus antiguos trabajos y seres queridos, mientras que Scrubbit y Bleacher también son arrestados.