Le sequenze live-action di Alice in Wonderland, inizio e fine del film in un mondo reale, sono state girate a Cornwell in Inghilterra, un esclusivo set di campagna inglese che in questi mesi ospiterà un parco a tema dedicato al personaggio (le bambine di nome Alice entrano gratis). Del Sottomondo invece solo il Salone Circolare - luogo di atterragio di Alice dalla tana del coniglio ricostruito in tre grandezze differenti - e le prigioni sono stati ricostruiti integralmente con set veri. Il resto delle ambientazioni è stato ottenuto in teatri di posa mediante green screen ai Culver City Studios di Los Angeles, tappa di partenza per una successiva elaborazione in post-produzione.

Le celebri illustrazioni dell'edizione originale del racconto di Lewis Carroll sono state utilizzate dalla produzione per creare gli ambienti dei flashback di Alice, visibili in un breve passaggio del film. Le altre caratteristiche del Sottomondo sono state invece dettate dallo stesso Tim Burton per seguire le atmosfere cupe e poco gioiose della trama. Il mondo che accoglie Alice è infatti povero di colori e di allegria, oppresso dal terribile governo della Regina Rossa. Una ricostruzione in linea con lo script, ben realizzata graficamente con sapienti modellazioni e illuminazioni di ambienti in Computer Grafica.