Во время лодочной прогулки Алиса Лидделл попросила Доджсона сочинить для нее и двух ее сестёр сказку. Главная героиня очень напоминала Алису, да и звали её так же, а в образах второстепенных персонажей — Попугая Лори и Орленка Эда — автор вывел Лорину и Эдит. Сказка очень понравилась сёстрам, а сама Алиса попросила автора записать её, однако на это ушло два с лишним года. Черновик первого варианта сказки не сохранился. Второй вариант Доджсон аккуратно записал от руки в специальную тетрадь и сопроводил 37 собственноручно сделанными иллюстрациями. Сам он был недоволен некоторыми из них: так, поверх рисунка с Алисой, помещённого в самом конце рукописи, он вставил некогда сделанный фотопортрет 7-летней Алисы, ставший одной из лучших его работ.
26 ноября 1864 года Доджсон вручил Алисе Лидделл тетрадь со сказкой 'Alice's Adventures Under Ground' («Приключения Алисы под землёй»). На титульном листе, украшенном виньеткой, он написал: «Рождественский подарок милому ребёнку в память о летнем дне».
Несмотря на то, что изначально автор не планировал публиковать сказку, знакомые, которые брали почитать рукопись у Лидделлов, приходили в восторг. 4 июля 1865 года в лондонском издательстве Макмиллана была выпущена книга 'Alice's Adventures in Wonderland' («Приключения Алисы в Стране Чудес», часто используется название «Алиса в Стране чудес»), вышла она под псевдонимом Льюис Кэрролл.
Впервые Доджсон использовал этот псевдоним в 1856 году для романтического стихотворения 'Solitude' («Одиночество»). Он был образован из настоящих имен автора Чарльз Лютвидж (Charles Lutwidge), латинским аналогом которых были Carolus Ludovicus, в новой интерпретации образовавшие сочетание Carroll Lewis. В псевдониме автор поменял имена местами.
Текст «Приключений Алисы под землёй» был существенно, почти в два раза, расширен, в него были добавлены новые персонажи и эпизоды, например, с Чеширским Котом и Безумным чаепитием у Шляпника. Так как техника рисунка самого Кэрролла была далека от профессиональной, издатель порекомендовал ему заказать иллюстрации у известного художника Джона Тенниела; некоторые из них были основаны на оригинальных рисунках Кэрролла. Для «Алисы в Стране чудес» художник выполнил 42 иллюстрации. Позднее Тенниел проиллюстрировал и «Алису в Зазеркалье», его рисунки считаются образцовыми.