Wonderstruck is gebaseerd op het boek van Brian Selznick en vertelt twee verschillende verhalen over dove kinderen. Het eerste verhaal gaat over Rose (Millicent Simmonds), die in 1927 ontsnapt uit haar huis in New Jersey om haar filmidool in New York te ontmoeten. Het tweede verhaal gaat over Ben (Fegley), die doof is aan één oor en met zijn familie in 1977 na de dood van zijn moeder verhuist van Minnesota naar New York.
Naast de eerder genoemde kindacteurs zijn er in de film ook rollen weggelegd voor Julianne Moore, Michelle Williams, Cory Michael Smith en Jaden Michael. Over een releasedatum is nog niks aangekondigd.