Główny konflikt polega na tym, które z pięciorga dzieci odziedziczy fortunę i fabrykę czekolady Willy’ego Wonki. Rozwiązanie nie jest nieoczekiwane: Charlie Bucket, chłopiec z niezamożnej rodziny, wygrywa konkurs Willy’ego Wonki na spadkobiercę czekoladowego milionera.
Na początku opowieści poznajemy Charliego Bucketa i jego rodzinę. Rodzina Charliego składa się z dziadka Joe, babci Josephine, babci Georginy, dziadka George’a, pana Bucketa i pani Bucket. W rodzinie Charliego tylko pan Bucket ma pracę: pracuje w fabryce jako dokręcacz kapsli od pasty do zębów. Ponieważ nie zarabia zbyt wiele, cała rodzina żyje w biedzie.
Historia przenosi się do Willy’ego Wonki, ekscentrycznego właściciela fabryki czekolady w miasteczku. Po dziesięciu latach odosobnienia pan Wonka nagle ogłasza, że pozwoli pięciorgu dzieciom zwiedzić swoją fabrykę. Pięcioro dzieci zostanie wyłonionych w specjalnym konkursie. Pan Wonka ogłasza, że pod papierem pakunkowym pięciu tabliczek czekolady ukrytych będzie pięć złotych biletów. Pięcioro dzieci, które znajdą bilety, będzie mogło zwiedzić fabrykę i otrzyma tyle słodyczy i czekoladek, że starczy im na całe życie.
Charlie jest ostatnim dzieckiem, które znalazło Złoty Bilet. Pozostała czwórka dzieci to Augustus Gloop, Veruca Salt, Violet Beauregarde i Mike Teavee. Współzawodnicy Charliego mają różne wady. August jest żarłokiem, Veruca – rozpieszczonym bachorem, Violet – zadufaną w sobie egoistką, a Mike – obsesyjnym wielbicielem telewizji.
Do fabryki Wonki Charliego zabiera dziadek Joe. Po kolei z konkursu eliminowani są koledzy Charliego. Augustus wpada do rzeki czekolady, pijąc z niej wbrew radom pana Wonki. Utknął w jednej z podwodnych rur.
Tymczasem Violet niegrzecznie ignoruje radę pana Wonki, by nie próbować stworzonej przez niego supergumy. W związku z tym guma stanowi trzydaniowy posiłek, na który składają się zupa pomidorowa, placek z jagodami i pieczeń wołowa. Violet, obsesyjna fanka gumy, chwyta eksperymentalne dzieło i żuje je. Zostaje zamieniona w gigantyczną borówkę amerykańską, a następnie zjedzona przez Oompa-Loompas w Sali Soku.
Veruca zostaje wyeliminowana z konkursu, gdy kradnie się do pokoju z orzechami, aby kupić sobie wiewiórkę. Wiewiórki w orzechowni są specjalnie szkolone do łupania orzechów włoskich, a pan Wonka zastrzega, że nie wolno im przeszkadzać. Wiewiórki potrafią odróżnić zły orzech od dobrego, a każdy zły orzech, który znajdą, wyrzucają do zsypu na śmieci. Kiedy Veruca wchodzi do pokoju z orzechami, wiewiórki chwytają ją i wrzucają do zsypu. W końcu ląduje na stosie śmieci.
Mike Teavee również zostaje wyeliminowany z konkursu. Ma obsesję na punkcie idei przesyłania z jednego miejsca do drugiego za pomocą specjalnego telewizora w pokoju czekoladowo-telewizyjnym. W związku z tym, zanim jakikolwiek przedmiot zostanie wysłany, specjalna kamera robi mu zdjęcie. Jednak do tej pory żaden człowiek nie został jeszcze nigdzie wysłany za pomocą telewizora pana Wonki. Mike chce być pierwszy i wskakuje przed obiektyw kamery, zanim ktokolwiek zdąży go powstrzymać. W rezultacie zostaje skrócony do około jednego cala wzrostu.
Konflikt oczywiście rozwiązuje się, gdy konkurs wygrywa Charlie Bucket. Pan Wonka wyjaśnia, że chciał, aby jego fabrykę odziedziczyło „dobre, rozsądne i kochające dziecko”, i wierzy, że znalazł je właśnie w Charliem. Historia kończy się radosnym akcentem, gdy Charlie i dziadek Joe towarzyszą panu Wonce w drodze do domu Bucketów po resztę rodziny.