Ambientato negli anni '50, Wonder Wheel racconta la storia di quattro personaggi le cui vite si intrecciano nel frenetico mondo del parco dei divertimenti di Coney Island: Ginny, una malinconica ed emotivamente instabile ex-attrice che lavora come cameriera in una crostaceria; Humpty, il rozzo marito di Ginny, manovratore di giostre; Mickey, un bagnino di bell'aspetto che sogna di diventare scrittore; e Carolina, la figlia che Humpty non ha visto per molto tempo e che ora è costretta a nascondersi nell'appartamento del padre per sfuggire ad alcuni gangster.