Tanto tempo fa una goccia di sole cadde dal cielo e da essa nacque un fiore luminoso e splendente dai poteri magici. Il fiore venne trovato da una donna, Madre Gothel, la quale cantando scopre come il fiore abbia la capacità di ringiovanire le persone e curarne le ferite. Avida dei suoi poteri, per anni la donna lo custodisce gelosamente. Un giorno però, nel regno lì vicino governato da un Re e una Regina bene amati da tutto il popolo, la sovrana incinta si ammala gravemente; inizia così una ricerca per trovare una cura alla sua malattia ed il fiore magico viene scoperto dai sudditi del regno. La Regina guarisce e mette alla luce una bambina dai capelli dorati e per festeggiare l'evento, il Re e la Regina fanno volare una lanterna nel cielo notturno. Madre Gothel però che aveva assistito impotente alla recisione del fiore e temendo di invecchiare, si intrufola una notte al castello con la speranza che la principessina abbia acquisito i poteri del fiore. Cantando, nota come siano proprio i capelli d'oro della bimba a risplendere e donarle di nuovo la bellezza giovanile. Tenta allora di tagliare una ciocca per portarla con sè, ma scopre che al minimo taglio i capelli perdono quel potere e si scuriscono. Decide perciò di rapire la piccola. I sovrani e tutto il popolo cercano invano la bambina sparita, che non verrà mai trovata e che sarà conosciuta come la Principessa Perduta; inoltre, ogni anno nel giorno in cui nacque la bambina, verranno lanciate delle lanterne luminose in cielo, nella speranza che un giorno ella possa fare ritorno.

Passano gli anni e Madre Gothel ha rinchiuso Rapunzel , così si chiama la principessa, in una torre isolata in mezzo alla foresta per preservarla dal resto del mondo. Occupatasi personalmente della bambina, si mostra come una madre adorabile istruendola sui pericoli e le insidie del mondo esterno vietandole perciò di uscire dalla torre "per il suo bene". Rapunzel, che oramai ha quasi 18 anni ed una chioma dorata lunghissima che usa nei più svariati modi, vive da sempre in compagnia di un camaleonte di nome Pascal nella torre, divertendosi unicamente giocando con lui e fruttando la sua grande passione per il dipinto. Ogni giorno riceve Madre Gothel che le fa visita portandole il cibo e per fare questo Rapunzel lancia i suoi lunghi capelli dalla finestra della torre, issando la madre fino in cima. Poiché il suo diciottesimo compleanno si avvicina, Rapunzel esprime il desiderio di vedere quelle strane luci fluttuanti che compaiono ogni notte il giorno del suo compleanno e da cui è tanto attratta, ma Madre Gothel si infuria e non glielo permette perché ci sono troppi pericoli per una giovane indifesa come lei che non è in grado di cavarsela.

Intanto, un furfante vanitoso ed affascinante di nome Flynn Rider con altri due scagnozzi, i fratelli Stabbington, è penetrato nel castello reale rubando il diadema della Principessa Perduta. I tre scappano nella foresta inseguiti dalle guardie reali e Flynn ingannando i due fratelli, riesce a fuggire con la corona. Dopo varie peripezie che lo vedono coinvolto in una fuga con un incredibilmente inarrestabile cavallo delle guardie reali, Maximus,scova la torre di Rapunzel e decide di nascondersi lassù ignaro della sua abitante.Spaventata e credendo che Flynn voglia i suoi capelli, Rapunzel lo tramortisce con una padella e lo lega con la sua chioma, convicendosi di essere forte e sapersela cavare nel mondo là fuori e spera che questo possa far cambiare idea a Madre Gothel; intuendo però che questo non accadrà mai, non le rivela del furfante nascosto nell'armadio chiedendole invece dei nuovi colori per dipingere che la terrebbero occupata per un po' di tempo.Infatti, la giovane vede in Flynn l'unica speranza di uscire dalla torre e vedere la Notte delle Lanterne. Stringe con lui un patto perciò: se Flynn le farà da guida per tre giorni nel mondo esterno, lei gli restituirà la corona che ha nascosto e che egli tanto brama.

Il giovane accetta e fuggita dalla torre, Rapunzel inizia a scoprire le bellezze del mondo con Flynn, che all'inizio cerca di sbarazzarsi di Rapunzel per poter riprendersi in fretta il diadema e la conduce in una osteria di banditi per spaventarla, i quali però restano ammaliati dall'allegria e da sogni della ragazza. Però i due sono inseguiti da Madre Gothel, che ha scoperto la fuga del suo elisir di giovinezza, e dalle guardie reali che cercano l'abile ladro: inizia così una rocambolesca fuga e nelle varie avventure che incontreranno e stringendo un legame sempre più complice, Flynn rivela il suo vero nome, Eugene Fitzherbert, e Rapunzel svela il segreto della sua magica chioma. Grazie a Eugene, Pascal e l'aiuto del cavallo Maximus, Rapunzel si reca finalmente nel regno e assiste alla tanto desiderata Notte delle Lanterne Luminose, rendendosi conto del tenero sentimento che prova per giovane, il quale la ricambia, e gli dona la corona come promesso.

Ma il percolo è in agguato: Madre Gothel, servendosi dei fratelli Stabbington raggirati da Flynn, tende una trappola a Rapunzel facendole credere che il ladruncolo non solo non la ama, ma anche che una volta avuto il diadema l'ha abbandonata e così in lacrime, Rapunzel fa ritorno alla torre. In realtà Flynn-Eugene è stato catturato con l'inganno dalle guardie reali e dovrà essere impiccato. Rimasta sola nella torre coi suoi pensieri, Rapunzel nota come curiosamente i dipinti sulle pareti presentano tutte quante un simbolo più o meno nascosto: un sole (simbolo reale). Ed improvvisamente si ricorda e capisce di essere lei la Principessa Perduta! Affronta quindi Madre Gothel rifiutandosi di essere usata da lei che l'ha ingannata per tutta la vita, ma non riesce a scappare e rimane imbavagliata. Nel frattempo, Eugene scampa la morte dall'impiccagione grazie a Maximus ed alla banda di furfanti dell'osteria, facendo ritorno alla torre dall'amata Rapunzel. Una volta giunto in cima, viene però pugnalato da Madre Gothel che vuole mettere fine alla storia e scappare via con la ragazza dove nessuno conosce il suo segreto. Vedendo Eugene morente, Rapunzel supplica Madre Gothel di permetterle di aiutarlo coi suoi capelli magici e e le promette che in cambio è pronta a seguirla ovunque lei vorrà, senza mai più scappare e servendola sempre. Madre Gothel, acconsente: Flynn però si rifiuta di sapere che per la sua vita, la ragazza perderebbe la libertà ed in un gesto estremo le taglia definitivamente i capelli, che si scuriscono e perdono all'istante tutta la loro magia. Madre Gothel inizia perciò ad invecchiare, precipita dalla torre e toccando terra si disintegra in polvere (aveva sfruttato per secoli il potere del fiore e poi quello di Rapunzel, per tenere lontani gli anni che le ripiombano addosso).

Rapunzel, al capezzale di Eugene, tenta invano di far scatenare la magia anche coi capelli corti. Però, una sua lacrima, proprio come la goccia di sole, cade sulla guancia del giovane ridandogli la vita. Ora Rapunzel, la Principessa Perduta, è finalmente libera e fa ritorno dai veri genitori. Sposerà infine Eugene, con il quale vivrà per sempre felice e contenta.