В центре сюжета — история Марка Хоганкэмпа, который чудом выжил, но потерял память в результате жестокого избиения на улице. Не желая сдаваться, он попытался реабилитироваться после психологической травмы при помощи уникального способа. Герой занялся кукольной терапией, для чего создал во дворе дома город, заселив его фигурками, похожими на знакомых и друзей. Марк верит, что такой метод поможет ему полностью исцелиться.

Режиссер Роберт Земекис, известный по кинолентам Форест Гамп, Назад в будущее и другим, снял комедийную мелодраму с отдельными элементами жанра фэнтези. Фильм взял за основу адаптированную документальную кинокартину Джеффа Малмберга Марвенкол, которая описывает реальную историю о художнике — жертве нападения. Действия в ленте Удивительный мир Марвена происходят как в реальности, так и в фантастическом городе миниатюр. Поэтому присутствует и обычная живая съемка, и анимационные кадры.

Образ Марка воплотил актер Стив Карелл, талантливо сыграв роль человека, забывшего всё и на долгое время потерявшего надежду на нормальную жизнь. Точно так же, как и его прототип, Марк ежедневно разыгрывает сценки из военной жизни, что помогает ему прийти в себя и даже восстановить память. Роль Каралалы исполнила актриса Эйса Гонсалес.