Hollywood, 1947. Eddie Valiant (Bob Hoskins), 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 (Christopher Lloyd) 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.