De Wonderwinkel van mr Magorium is de vreemdste, meest fantastische en wonderbaarlijkste speelgoedwinkel van de hele wereld! Op een dag besluit mr Magorium (Dustin Hoffman), de 243-jaar oude excentrieke eigenaar en oprichter, dat het tijd is om met pensioen te gaan. Hij ziet in Molly (Natalie Portman) zijn ideale opvolger, maar het speelgoed in de winkel is het helaas niet met hem eens en komt in opstand. De eens zo bijzondere en kleurrijke winkel verandert al gauw in een regelrechte puinhoop en het speelgoed haalt allerlei gemene grapjes uit met Molly en haar klanten.
Molly wil al gauw het bijltje erbij neergooien maar meneer Magorium wil hier niets van weten. Zou het Molly lukken in zichzelf te gaan geloven en de magie terug te brengen in de winkel?