Hace mucho tiempo, una gota de sol cayó a la tierra y se transformó en una mágica flor dorada que tenía el poder de curar a los enfermos y heridos. Una malvada y horrible bruja anciana llamada Gothel la encontró y cada vez que le cantaba una canción especial, recibía el poder de la flor y se volvía joven y guapa. Decidió esconderla sólo para ella, para así mantenerse joven durante siglos. Tiempo después una joven reina, estando embarazada, se enfermó y todas las personas del reino desesperadas buscaban algo que sanara a la reina. Los guardias del reino hallaron la flor y se la llevaron al palacio, prepararon una crema con sus pétalos y se la sirvieron a la reina para que sanara, lo que efectivamente ocurrió gracias a los poderes curativos de la flor. La hija de esta,
Rapunzel , nació con una dorada cabellera heredando los poderes de la flor mágica, y para conmemorar el nacimiento de la princesa, los reyes lanzaron a los cielos un farolillo iluminado. Una noche, Gothel se infiltró en el castillo, secuestrando a Rapunzel y llevándosela a una torre. El reino la buscó por varios días pero nunca la encontraron; así que cada cumpleaños de Rapunzel, la princesa perdida del reino, el Rey y la Reina del reino pedían que en el reino se soltaran miles de farolillos iluminados flotantes para que hicieran de linternas flotantes con la esperanza de que una día Rapunzel, la princesa perdida y secuestrada, volviera al reino con la Reina y el Rey, su padre verdadero y su madre verdadera, quienes la extrañaban muchísimo. Mientras tanto, Gothel crió a Rapunzel como si ella fuese su verdadera y única madre.
Dieciocho años más tarde, Rapunzel una chica con una larguísima cabellera rubia de 21 metros de largo, vive sola en una torre escondida del mundo, sólo acompañada por su camaleón Pascal y por su falsa, adoptiva y secuestradora madre, la malvada bruja Gothel. Gothel cuida a Rapunzel bajo la mentira de que es su madre, para así aprovecharse de los mágicos poderes de su cabello, iguales a los de la flor, para poder mantenerse joven y bella. Rapunzel vive todos los días jugando con Pascal, pintando los muros de la torre y peinando su enorme cabellera. Sin embargo, tiene sueños sobre un mural que ha visto en algún momento, sobre un Rey y una Reina juntos mientras sostienen a una niña rubia en brazos, pero ella ignora quién es la niña. El día del cumpleaños de Rapunzel, ésta le pide a su madre ir a ver las linternas flotantes que cada año ve en la misma fecha en el cielo nocturno, y que sin saberlo, lanzan en el reino para cada cumpleaños de Rapunzel, pero Gothel se niega. Mientras, el ladrón Flynn Rider (doblado por
Zachary Levi en la versión original) y los hermanos Stabbington roban la corona de Rapunzel, la princesa perdida. Los guardias los persiguen, pero Flynn traiciona a los hermanos dejándolos atrás mientras se escapa con la corona. Flynn tira al jinete de un caballo de la guardia real llamado Maximus y trata de huir en él, pero Maximus se niega y trata de recuperar la corona. Flynn logra perder a Maximus y se esconde en una torre que está escondida del resto del mundo, la torre de Rapunzel.
Rapunzel, presa del pánico, golpea a Flynn con una sartén dejándolo inconsciente y lo encierra en un armario. Ella se da cuenta de que puede cuidarse sola en el mundo exterior al atrapar a una persona, así que planea enseñárselo a su madre para que vea que no es una joven indefensa y que puede ir a ver las linternas flotantes. Antes de que pueda mostrarle a Flynn, Gothel le dice que nunca saldrá de la torre, con el pretexto de que el mundo exterior es muy malvado y peligroso para la joven Rapunzel, que jamás ha salido de la torre donde ha estado diecisiete años encerrada. Rapunzel decide engañarla pidiéndole como regalo de cumpleaños una pintura fabricada de conchas blancas que Gothel le regaló en un cumpleaños anterior, pero para encontrar esta pintura hay que hacer un viaje de tres días, por lo que le sirve a Rapunzel de oportunidad para que ella pueda salir a ver el reino que ella desconoce completamente. Cuando Gothel se marcha, Rapunzel esconde la corona antes de despertar a Flynn y decide negociar con él, de modo que él la llevará a ver los farolillos iluminados flotantes que hacen de las linternas flotantes y luego regresarla a la torre, a cambio de devolverle a Flynn la corona de Rapunzel. Flynn acepta de mala gana, bajan de la torre y parten hacia el reino.
En esos momentos Gothel se encuentra con el caballo Maximus, al ver que no tiene jinete y que es de la guardia real, vuelve a la torre para asegurarse que Rapunzel este segura pero no la encuentra, creyendo que se la llevaron los guardias reales, encuentra la corona y un afiche de Flynn por lo que agarra un puñal y va en su búsqueda. Mientras tanto, Flynn lleva a Rapunzel a un bar "El Patito Frito" en el que se reúnen muchos bandidos. Los bandidos se dan cuenta de que la guardia real busca a Flynn por lo que todos quieren atraparlo para cobrar la recompensa, pero Rapunzel lo defiende y les cuenta su sueño de ver las linternas flotantes, lo que provoca que todos los bandidos comiencen a cantar una canción en la que relatan sus sueños. Mientras todos cantan, Gothel se encuentra escondida escuchando y viendo todo lo que pasa dentro.
De pronto, uno de los bandidos entra al bar acompañado de los guardias y estos llegan buscando a Flynn. Todos los ladrones ayudan a escapar a Rapunzel y a Flynn por un túnel secreto, pero esto no garantizo su salvación por el robo que hizo Flynn, llegan a una presa donde por diversos percances la rompen dejando agua disparada como un
tsunami que arrastra a todos los personajes. Rapunzel y Flynn quedan atrapados en una cueva al fondo de la cantera, al pasar el tiempo la cueva se empieza a inundar, Rapunzel y Flynn tratan de encontrar una salida y Flynn, al tratar de mover una roca, se lastima la mano. Todo esta muy oscuro y creyendo que ya no hay forma de salvarse Flynn le confiesa a Rapunzel que su verdadero nombre es Eugene Fitzgerald, a lo que Rapunzel le responde que su cabello es mágico y que brilla cuando canta, entonces Rapunzel se da cuenta de que eso los puede ayudar, así que entona la canción y gracias al brillo de su cabello encuentran una salida.
Al obtener una salida y estar a salvo, acampan para pasar la noche. Rapunzel le dice a Eugene que su cabello es mágico y que tiene el poder de sanar y rejuvenecer a cualquier persona, así que cura la herida de la mano de él. También le cuenta que cuando su cabello es cortado deja de ser rubio y se vuelve castaño, pierde su poder y ya no crece más, y que para protegerla de quienes quisieran aprovecharse de estos poderes, Gothel la encerraba en la torre. Cuando Flynn va a buscar leña, Gothel aparece y trata de llevarse a Rapunzel de vuelta a la torre, pero ella no quiere ir y Gothel, enojada, le da a Rapunzel la corona que quiere Flynn y le dice que Flynn solo quiere la corona y no a ella. Gothel se va y Rapunzel decide guardar la corona. Por la mañana, Máximus aparece con la intención de llevarse a Flynn pero Rapunzel lo convence de que no capture a Flynn hasta que ella haya visto los farolillos iluminados flotantes que hacen de las linternas flotantes y porque es su cumpleaños, por lo que siguen su camino. Ya en la ciudad del reino, Flynn y Rapunzel pasan el día en distintos lugares de la ciudad del reino, conociendo a los habitantes del mismo y pasando el día divirtiéndose, y al anochecer consiguen una barca para pasear en el gigante lago del reino y admiran los farolillos iluminados que hacen de las linternas flotantes. Al estar en la barca, Flynn le da como obsequio dos farolillos a Rapunzel, uno para él y otro para ella. Luego de lanzarlos, Rapunzel le da la corona a Flynn y le cuenta que estaba asustada, pero que ya no tiene miedo. Flynn le contesta que la comprende, y admira su belleza. Esto provoca una reacción de afecto entre ambos para darse un beso, justo en ese momento Flynn divisa a los hermanos y decide ir a darles la corona y no tener ningún problema más.
Los hermanos, persuadidos por Gothel, deciden que el pelo de Rapunzel es más valioso que la corona, por lo que atan a Flynn inconsciente a un barco con la corona y lo empujan en dirección al palacio. Rapunzel, sin saber que es engañada, ve cómo el barco se aleja y cree que Flynn solo quería la corona, entonces piensa que su madre tenía razón. Cuando los hermanos están a punto de capturar a Rapunzel por el conocimiento del poder de su cabello, Gothel aparece y "rescata" a Rapunzel de los hermanos, volviendo de nuevo a la torre con ella. El barco en el que iba Flynn se estrella contra el muelle del palacio y los guardias lo reconocen y lo encarcelan. Flynn está a punto de ser llevado a la horca, cuando es salvado por los ladrones que conoció con Rapunzel en "El patito frito" y escapa a lomos de Máximus (que decide dejar de perseguir a Flynn) para ir por Rapunzel.
Ya en la torre, Rapunzel desolada y triste por la traición de Flynn, se da cuenta de que ella es la princesa perdida y secuestrada al observaer el techo de su cuarto y notar que en todas las pinturas que ha hecho inconscientemente ha dibujado el emblema de la Familia Real y recuerda a su padre verdadero y a su madre verdadera, el Rey y la Reina. Es entonces cuando Rapunzel se rebela contra Gothel diciéndole que no es su verdadera madre sino una madre falsa, adoptiva y que ella la secuestró. Gothel encadena a Rapunzel para llevársela y volver a dejarla en un lugar seguro para que jamás las encuentren el Rey y la Reina, padres de Rapunzel. Flynn llega a la torre e intenta salvar a Rapunzel pero Gothel apuñala a Flynn por la espalda. Rapunzel le dice a Gothel que aceptará marcharse con ella y no tratará de escapar nunca si sólo deja que cure a Flynn con la magia de su cabello para salvarle la vida. Gothel acepta, pero cuando Rapunzel está a punto de curarlo, Flynn le corta el cabello con un pedazo de cristal de un espejo roto, haciendo que deje de ser rubio y se vuelva castaño y pierda sus poderes mágicos. Gothel empieza a envejecer y a volverse una vieja y horrible bruja, y en un ataque de rabia al verse anciana y decrépita, tropieza con el pelo de Rapunzel cortado, y sin los poderes mágicos, cae por la ventana de la torre, muere y se convierte en polvo poco antes de llegar al suelo. Flynn muere luego de confesarle a Rapunzel que la ama, y ella intenta curarlo, pero su cabello ya no es mágico. Empieza a llorar y una de sus lágrimas que tenía el poder que quedaba de la mágica flor dorada, cae sobre Flynn, lo cura y le devuelve la vida. Rapunzel y Flynn contentos de volver a estar juntos se besan. Por fin Rapunzel vuelve al palacio con su verdadera madre y con su verdadero padre, el Rey y la Reina, y los sueños de todos se hacen realidad. Al final se nos revela que Rapunzel y Flynn (que empieza a responder de nuevo bajo el nombre de Eugene) luego de pocos años, se casan y viven felices eternamente.
