Однажды на Землю падает солнечная капля. Из неё вырастает волшебный цветок, способный даровать вечную молодость. Злая ведьма Матушка Готель первой обнаруживает его и решает присвоить себе, чтобы продлевать свою жизнь и продолжать творить зло. Для того чтобы чары цветка действовали, ей необходимо спеть.
Тем временем в соседнем королевстве ждут рождения ребёнка королевской четы. Но королева опасно заболевает. Помочь ей может только волшебный цветок, и солдаты отправляются на поиски. Матушка Готель пытается спрятать цветок, но случайно задевает укрытие. Цветок находят и доставляют во дворец.
Королева исцеляется, и на свет появляется принцесса Рапунцель, обладающая волшебными волосами. Узнав об этом, ведьма проникает во дворец и обнаруживает: если волосы девочки отстричь, они темнеют. Тогда матушка Готель похищает принцессу и прячется вместе с ней в башне посреди леса. Все поиски оказываются тщетными.
Каждый год в день рождения принцессы король и королева запускают в небо фонарики. Та видит их и всеми силами стремится попасть в то место. Но ведьма запрещает приёмной дочери выходить из башни. Единственным другом Рапунцель является хамелеон Паскаль.
На совершеннолетие Рапунцель просит матушку Готель отвести её к фонарикам. Колдунья в очередной раз отказывает и исполняет песню «Мама умней!», чтобы убедить приёмную дочь оставаться в башне.
Тем временем трое разбойников – Флинн Райдер и братья Граббингстон – похищают корону пропавшей принцессы. Флинн решает, что не должен делиться с подельниками, и сбегает вместе с короной. Спасаясь от погони королевской гвардии, он случайно находит башню, где живут Рапунцель и Готель, и решает там спрятаться. Но Рапунцель оглушает юношу сковородкой и прячет в шкафу. Найдя корону, она решает использовать её и разбойника в своих интересах.
Когда возвращается матушка Готель, принцесса отсылает её за красками – путь туда и обратно составит три дня. Затем она привязывает Флинна к стулу своими волосами и требует, чтобы тот отвёл её к фонарикам – иначе останется без украденной короны. Разбойник вынужден согласиться.
Флинн, Рапунцель и Паскаль выбираются из башни и отправляются в путь. У принцессы начинаются перепады настроения: она то радуется свободе, то переживает за матушку Готель. Пытаясь подбодрить её, Флинн ведёт Рапунцель в таверну «Сладкий утёнок», где они встречают разбойников. Те узнают Райдера и хотят сдать его страже, но за него вступается Рапунцель и рассказывает, что вор помогает ей осуществить мечту. Разбойники вспоминают: у каждого из них тоже есть мечта. Все весело поют об этом.
Тем временем колдунья, не успевшая далеко отойти, встречает коня Максимуса, который преследует Флинна. Заподозрив неладное, она спешит в башню, где находит… корону. Рапунцель, естественно, на месте нет. Ведьма решает использовать это в своих интересах и пускается в погоню.
В таверну прибывает стража, но разбойники помогают Флинну и Рапунцель сбежать. Максимус находит подземный ход, и стража пускается в погоню. Матушка Готель прибывает туда же и, угрожая ножом одному из разбойников, узнаёт, куда ведёт туннель.
Флинн и Рапунцель выбираются наружу, но вслед за ними спешит стража, а затем появляются и братья Граббингстон. Герои вступают в схватку, в ходе которой разрушают плотину, и всех смывает водой.
Принцесса, разбойник и верный Паскаль оказываются запертыми в пещере под водой. Флинн повреждает руку. Выбраться не удаётся. Вор решает раскрыть девушке свою тайну: его настоящее имя – Юджин. Рапунцель вспоминает о своих волшебных волосах, и герои выбираются с их помощью наружу. Затем Рапунцель исцеляет руку Флинна.
Во время привала героев находит матушка Готель. Пока Флинн ходит за хворостом, она пытается убедить Рапунцель вернуться в башню. Не сумев этого сделать, ведьма отдаёт девушке корону и предупреждает, что разбойник её предаст. Затем она находит братьев Граббингстон и предлагает им объединиться, чтобы отомстить Райдеру. Разбойники соглашаются.
А Флинна и Рапунцель находит Максимус. Девушка убеждает разбойника и коня заключить перемирие, и они отправляются в город, где участвуют в праздновании дня рождения пропавшей принцессы. Вечером Рапунцель и Флинн наконец видят фонарики. Они понимают, что влюблены друг в друга, и исполняют песню «Лишь сейчас я вижу свет». Принцесса возвращает разбойнику корону.
Тот решает вернуть её бывшим подельникам, но тем нужна уже Рапунцель. Они связывают Флинна, сажают его в лодку и отправляют в город. Затем братья Граббингстон нападают на принцессу, но матушка Готель оглушает их и забирает девушку с собой.
Стража задерживает Флинна. Утром его ведут на казнь, и по пути Флинн видит в одной из камер братьев Граббингстон (видимо, колдунья сдала страже и их). Юноша узнаёт, что тем рассказала о Рапунцель некая женщина.
На помощь Флинну приходят Максимус и разбойники из «Сладкого утёнка». Они вытаскивают юношу из тюрьмы, и тот бросается на помощь девушке.
А тем временем Рапунцель наконец понимает, что она – пропавшая принцесса, и в открытую противостоит ведьме. Та связывает её и пытается увести, но в этот момент к башне прибывает Флинн. Матушка Готель заманивает его в ловушку и смертельно ранит.
Рапунцель соглашается пойти с ведьмой, если та позволит исцелить её возлюбленного. Та разрешает ей это сделать, но в самый ответственный момент юноша поднимает с пола осколок разбитого зеркала и отрезает волосы возлюбленной. Те сразу же темнеют, а колдунья принимает свой истинный облик – старой безобразной женщины. Она в ужасе.
Благодаря Паскалю ведьма спотыкается, выпадает из окна башни и на лету рассыпается в прах. На землю падает только её одежда.
Флинн умирает на руках Рапунцель. Оплакивая его, та роняет слезу, и юноша оживает. При этом он замечает, что ему больше нравятся брюнетки. Рапунцель счастлива.
Они возвращаются к королю и королеве, и те с радостью принимают дочь. Всё королевство ликует. Разбойники из «Сладкого утёнка» достигают того, о чём мечтали. Максимус продолжает службу при дворе.
А Юджин и Рапунцель готовятся к свадьбе.