印刷のやり直しは費用を負担しているキャロルにとって痛手であったが、こうして1865年11月に刊行された『不思議の国のアリス』は着実に売れていき、1867年までに1万部、1872年には3万5000部、1886年には7万8000部に達した[18]。キャロルは本を寄贈した知人たち（その中にはダンテ・ゲイブリエル・ロセッティや、前述のチャールズ・キングスリーの弟ヘンリー・キングスリーらがいた[19]）から好評を得たばかりでなく、各紙の書評でいずれも無条件の賞賛を受けた。キャロルは当時の日記に19の書評をリストしており、その中には『アリス』を「輝かしい芸術的宝物」と評した『リーダー』紙をはじめ『プレス』『ブックセラー』『ガーディアン』などが含まれている。『パブリッシャー・サーキュラー』は、その年の200冊の子供の本のうち「もっとも魅力のある本」に『アリス』を選んだ。「わざとらしい凝りすぎた話」として批判した『アシニーアム』は唯一の例外であった[20][21]。

この『不思議の国のアリス』の出版により、ルイス・キャロルの名は1、2年の間に広く知られるようになった[22]。好評を受けたキャロルは『アリス』の続編を企画しはじめ、1866年頃より『鏡の国のアリス』の執筆をはじめた[23][注 9]。この続編は1871年のクリスマスに出版、翌年のキャロルの誕生日（1月27日）までの間に1万5000部を売り上げた。二つの『アリス』の物語は以後途切れることなく版を重ね続け、マクミラン社はキャロルが死去した1898年までに、『不思議の国のアリス』を15万部以上、後述の続編『鏡の国のアリス』も10万部以上を出版している[25]。

1886年、『不思議の国のアリス』の原型である『地下の国のアリス』の複製本が出版された。キャロルが『アリス』の人気をみて、読者が元となった手書き本を見たいのではないかと考えたもので、キャロルは出版にあたり、ハーグリーヴス夫人となっていたアリスに許可を求めて原本を借り受けた[26]。1889年にはキャロル自身の手で幼児向けに脚色された『子供部屋のアリス』が出版された。この作品ではまたテニエル自身が自分の過去の挿絵に彩色を施している[27]。
あらすじ

ある日、アリスは川辺の土手で読書中の姉の傍で退屈を感じながら座っていた。すると、そこに服を着た白ウサギが、人の言葉を喋りながら通りかかる。驚いたアリスは、白ウサギを追いかけて、ウサギ穴に落ち、さまざまなものが壁の棚に置いてあるその穴を長い時間をかけて落下する。着いた場所は、広間になっていた。アリスは、そこで金の鍵と通り抜けることができないほどの小さな扉を見つける。その傍には不思議な小瓶があり、それを飲んだアリスはみるみる小さくなる。しかし、今度は鍵をテーブルに置き忘れて、取れなくなってしまう（第1章 ウサギ穴に落ちて）。次に、アリスは、不思議なケーキを見つける。しかし、それを食べると、今度は身体が大きくなりすぎてしまい、部屋から出られなくなった。困ったアリスは泣き出し、その大量の涙で池が出来てしまう。アリスは、白ウサギが落としていった扇子の効果で再び小さくなるが、足を滑らせて自分の作った池にはまり込む。そこにネズミをはじめとして、さまざまな鳥獣たちが泳いで集まってくる（第2章 涙の池）。

アリスと鳥獣たちは、岸辺に上がり、体を乾かすために「コーカス・レース」[注 10]という、円を描いてぐるぐるまわる競走を行う。それから、アリスはネズミにせがんで、なぜ彼が犬や猫を怖がるのかを話してもらう。この話に対して、アリスは、飼い猫のダイナの自慢話を始めてしまう。そして、この猫がネズミも鳥も食べると聞いた動物たちは、逃げ去ってしまう（第3章 コーカス・レースと長い尾話）。一人になったアリスのもとに白ウサギが戻ってきて、アリスをメイドと勘違いして自分の家に使いに行かせる。そこで、アリスは、小瓶を見つけて飲んでしまい、この効果で再び身体が大きくなり、部屋の中に詰まってしまう。白ウサギは、「トカゲのビル」を使ってアリスを追い出そうとするが、失敗に終わる。その後、白ウサギたちは、家のなかに小石を投げ入れた。この小石が体を小さくさせるケーキに変わったため、アリスは再び小さくなって家から出られるようになる（第4章 白ウサギがちびのビルを使いに出す）。

アリスは、動物たちや大きな子犬から逃れて、森に入った。そこで、キノコの上で大きなイモムシに出会う。イモムシは、ぞんざいな態度でアリスにあれこれ問いただした後、キノコの一方をかじれば大きく、反対側をかじれば小さくなれると教えて去る。アリスは、キノコを少しずつかじり調節しながら元の大きさに戻る。次に、小さな家を見つけ、そこに入るために小さくなるほうのキノコをかじる（第5章 イモムシの助言）。その家は公爵夫人の家であり、家の前ではサカナとカエルの従僕がしゃちほこばった態度で招待状のやり取りを行っている。家の中には、赤ん坊を抱いた無愛想な公爵夫人、やたらとコショウを使う料理人、それにチェシャ猫がいた。料理人は、料理の合間に手当たり次第に、赤ん坊にものを投げつける。アリスは、公爵夫人から赤ん坊を渡されるが、家の外に出るとそれは豚になって森に逃げていく。アリスが森を歩いていくと、樹上にチェシャ猫が出現し、アリスに三月ウサギと帽子屋の家へ行く道を教えたあと、「笑わない猫」ならぬ「猫のない笑い」(a grin without a cat) を残して消える（第6章 豚とコショウ）。

三月ウサギの家の前に来ると、そこでは三月ウサギ、帽子屋、ネムリネズミがテーブルを出して、終わることのないお茶会を開いている。帽子屋は、同席したアリスに答えのないなぞなぞ[注 11] をふっかけたり、女王から死刑宣告を受けて以来時間が止まってしまったといった話をしたりする。しかし、アリスは、好き勝手に振舞う彼らに我慢がならなくなり、席を立つ。すると、近くにドアのついた木が見つかった。入ってみると、アリスが最初にやってきた広間に出る。そこで、アリスは、キノコで背を調節し、金の鍵を使って、今度こそ小さな扉を通ることができる（第7章 狂ったお茶会）。通り抜けた先は美しい庭で、そこでは手足の生えたトランプが庭木の塗り替えをしている。そこにハートの王と女王たちが兵隊や賓客をともなって現われる。癇癪持ちの女王は、庭師たちに死刑宣告をした後、アリスにクロッケー大会に参加するよう促す。しかし、そのクロッケー大会は、槌の代わりにフラミンゴ、ボールの代わりにハリネズミ、ゲートの代わりに生きたトランプを使っているので、すぐに大混乱に陥る。そこに、チェシャ猫が空中に頭だけ出して出現し、女王たちを翻弄する。しかし、女王が飼い主の公爵夫人を呼び出すころには、チェシャ猫は再び姿を消している（第8章 女王陛下のクロッケー場）。

やってきた公爵夫人は、なぜか上機嫌で、アリスが何かを言う度に、教訓を見つけ出して教える。女王は、公爵夫人を立ち去らせ、クロッケーを続けようとする。しかし、参加者に次々と死刑宣告をしてまわるので、ついに参加者がいなくなってしまう。女王は、アリスに代用ウミガメの話を聞いてくるように命令し、グリフォンに案内をさせる。アリスは、代用ウミガメの身の上話として、彼が本物のウミガメだったころに通っていた学校の教練について聞かされる。なお、この教練は、キャロルの言葉遊びによってでたらめな内容になっている。たとえば、読み方 (Reading) ではなく這い方 (Reeling)、絵画 (Drawing) ではなくだらけ方 (Drawling) などである（第9章 代用ウミガメの話）。しかし、グリフォンが口をはさんだので、今度は遊びの話をすることになる。代用ウミガメとグリフォンは、アリスに「ロブスターのカドリール」のやり方を説明し、節をつけて実演してみせる。そのうち裁判の始まりを告げる呼び声が聞こえてきたので、グリフォンは、唄を歌っている代用ウミガメを放っておいて、アリスを裁判の場へ連れてゆく（第10章 ロブスターのカドリール）。

玉座の前で行われている裁判では、ハートのジャックが女王のタルトを盗んだ疑いで起訴されており、布告役の白ウサギが裁判官役の王たちの前でその罪状を読み上げる。アリスは、陪審員の動物たちに混じって裁判を見物する。しかし、その間に自分の身体が勝手に大きくなりはじめていることを感じる。裁判では、証人として帽子屋、公爵夫人の料理人が呼び出され、続いて3人目の証人としてアリスの名が呼ばれる（第11章 誰がタルトを盗んだ？）。アリスは、何も知らないと証言する。しかし、王たちは新たな証拠として提出された詩を検証して、それをジャックの有罪の証拠としてこじつける。アリスは、裁判の馬鹿げたやり方を非難しはじめ、ついに「あんたたちなんか、ただのトランプのくせに！」と叫ぶ。すると、トランプたちはいっせいに舞い上がってアリスに飛びかかる。アリスが驚いて悲鳴をあげると、次の瞬間、アリスは、自分が姉の膝を枕にして土手の上に寝ていることに気がつく。自分が夢を見ていたことに気づいたアリスは、姉に自分の冒険を語って聞かせた後で、走り去ってゆく。一人残った姉は、アリスの将来に思いを馳せる。
キャラクターニヤニヤ笑う、木の上のチェシャ猫お茶会で歌う帽子屋詳細は「不思議の国のアリスのキャラクター」を参照