Mladý Charlie Bucket žije v chudobe so svojimi rodičmi a starými rodičmi v dome neďaleko veľkolepej továrne na čokoládu, ktorú vlastní excentrický Willy Wonka. Napriek obmedzeným zdrojom rodiny je Charlie dobrosrdečný a má nenásytnú lásku k čokoláde.
Jedného dňa pán Wonka oznámi, že organizuje súťaž, v rámci ktorej bude mať päť detí so sprievodcom prehliadku jeho tajomnej továrne na čokoládu. Zlaté lístky sú ukryté vo Wonkových čokoládových tyčinkách po celom svete a Charlie sníva o tom, že ich nájde.
Charlie má mimoriadne šťastie a vo svojej čokoládovej tyčinke nájde Zlatý lístok. Pripojí sa k ďalším štyrom deťom, z ktorých každé má odlišné povahy a zvláštnosti, na celoživotnej ceste. Pán Wonka ich prevedie rôznymi magickými a fantastickými miestnosťami v rámci továrne, vrátane Čokoládovej miestnosti, Inventing Room a Nut Room.
Počas skúmania ostatné deti, pokúšané zázrakmi továrne, podľahnú rôznym nešťastiam. Augustus Gloop spadne do čokoládovej rieky, Veruca Salt požaduje, aby jej dali Oompu-Loompu ako domácemu miláčikovi, Violet Beauregarde žuje experimentálnu žuvačku, ktorá ju premení na čučoriedku a Mike Teavee sa po vstupe do televízora miniaturizuje.
Charlie zostáva počas turné láskavý, čestný a dobre vychovaný a ukazuje svoj dobrý charakter. Spriatelí sa s Oompa-Loompami, ktorí sú robotníkmi v továrni, a pán Wonka si ho obľúbi.
V prekvapivom zvrate udalostí pán Wonka odhalí, že skutočným účelom prehliadky továrne bolo nájsť vhodného dediča, ktorý by prevzal obchod s čokoládou. Charlie sa ukáže ako vyvolený vďaka svojim vlastnostiam čestnosti a láskavosti.
"Charlie a továreň na čokoládu" je klasický detský román, ktorý kombinuje prvky fantázie, predstavivosti a morálnych lekcií. Skúma témy ako láskavosť, chamtivosť a dôležitosť dobrých charakterových vlastností.