Víctima de una compleja conspiración, Danny Roman, un experto negociador de la policía especializado en secuestros, se ve obligado a tomar rehenes con el fin de probar su inocencia. Además, con la ayuda de un prestigioso colega, intentará descubrir quién está detrás de la trampa que le han tendido.
Hollywood, 1947. Eddie Valiant, un detective de poca monta, ha sido contratado para encontrar pruebas que demuestren que Marvin Acme, magnate del negocio de los artículos de broma y dueño de Toontown, está rondando a Jessica Rabbit, mujer fatal y esposa de la superestrella del Marron Cartoon, Roger Rabbit. Cuando Acme aparece asesinado, todas las pruebas apuntan a Roger, y el siniestro y ambicioso Juez Doom está decidido a condenarlo como sea. Roger suplica a Valiant que le ayude a encontrar al verdadero culpable, pero el asunto se irá complicando a medida que Eddie va descubriendo, escándalo tras escándalo, que la propia existencia de Toontown corre peligro.
Tras escuchar todos los testimonios y valorar las pruebas presentadas, un jurado popular compuesto por doce hombres tiene que decidir, por unanimidad, si absuelve o condena a muerte a un joven acusado de haber matado a su padre. Al principio, once están completamente convencidos de su culpabilidad y se inclinan por la condena, pero el que discrepa empieza a plantear dudas razonables que, poco a poco, van resquebrajando la inicial seguridad de los demás.