Era uma vez um remoto império, pacífico e sereno, que foi sacudido por um golpe do destino. Sua soberana, carregando um novo ser em seu ventre, cai gravemente doente. O povo, movido pelo amor à sua rainha, desenvolve um tônico a partir de uma flor singular, germinada a partir de uma gota de luz solar. O remédio restaura a saúde da rainha, mas também confere ao bebê ainda por nascer, dons de cura mágicos.
Entretanto, uma velha e invejosa feiticeira chamada Gothel, movida por ambições egoístas, rapta a jovem princesa, Rapunzel, logo após seu nascimento. Ela deseja usar os poderes de cura da menina para se manter eternamente jovem.
Gothel aprisiona Rapunzel numa torre afastada do restante do mundo e instila em sua mente a ideia de que o mundo exterior é repleto de perigos e pessoas mal-intencionadas. Inocente e ingênua, Rapunzel acredita em suas palavras e permanece na torre, observando todo ano, em seu aniversário, um festival de luzes que ocorre no reino vizinho, sem saber que é uma celebração em sua homenagem.
Ela sonha em participar do festival, e no seu décimo oitavo aniversário, reúne a coragem para pedir a Gothel que a leve até lá. Gothel nega veementemente e ordena que Rapunzel nunca mais peça para sair da torre.
Coincidentemente, no mesmo dia, um ladrão bonito e carismático chamado Flynn Rider, escolhe a torre de Rapunzel como seu esconderijo e acaba roubando as joias da coroa. Rapunzel o captura, confisca sua mochila contendo as joias e o faz de refém, prometendo entregar a mochila em troca de ele levá-la ao festival. Como estratégia de distração, ela pede a Gothel uma tinta especial feita de conchas, que levaria três dias para ser obtida.
Em sua jornada, Rapunzel e Flynn enfrentam inúmeros percalços, e com o tempo, passam a se respeitar e a depender um do outro. Em um momento de confiança, Rapunzel revela sua história a Flynn. Gothel, percebendo a ausência de Rapunzel, a segue e acaba por confrontá-la. Quando Rapunzel se recusa a voltar, Gothel alega que Flynn está com ela apenas pelas joias, e contrata dois bandidos para executar um plano maior.
No festival, Rapunzel e Flynn se aproximam e se apaixonam, antes de Flynn levá-la para um passeio de barco onde ela finalmente vê as luzes flutuantes. Rapunzel, satisfeita, devolve a mochila a Flynn, mas Gothel, agindo em seu plano, sequestra Rapunzel e a deixa na torre, enquanto Flynn foge.
Desolada com a suposta traição de Flynn, Rapunzel concorda em nunca mais deixar a torre. Porém, ao analisar uma bandeira do festival, ela se dá conta da verdade e confronta Gothel, jurando não mais ser manipulada.
Enquanto isso, Flynn retorna à torre para resgatar Rapunzel, mas acaba gravemente ferido por Gothel. Em um ato de amor e sacrifício, Flynn corta os cabelos mágicos de Rapunzel, anulando seus poderes e, consequentemente, levando à queda e ao envelhecimento acelerado de Gothel, que acaba desintegrando-se antes de atingir o solo.
Apesar de tudo, em meio a sua dor, Rapunzel consegue derramar uma lágrima que, por milagre, revigora Flynn. Ele a conduz de volta ao reino, onde ela retoma seu lugar como a princesa perdida. Ambos se casam e a partir daí, passam a viver felizes para sempre.