Однажды капля солнца упала на землю, и на месте её падения вырос волшебный цветок. Неподалеку проживала пожилая Матушка Готель. На протяжение столетий она возвращала себе молодость с помощью этого цветка. Чтобы управлять его силой, достаточно было лишь спеть ему. Понимая, что без растения её ожидает смерть, Матушка Готель спрятала его от посторонних глаз.

Но вот в королевство пришла беда. Беременная королева слегла с болезнью, и её с ребенком жизни подвергались опасности. Только цветок Солнца, если верить преданиям, мог спасти их. Так, королём были посланы отряды на поиски чудодейственного растения. Услышав приближение солдат, Готель поспешила спрятать цветок. Но её попытка оказалась тщетной, и растение забрали во дворец. Отвар из цветка излечил жену короля и сохранил жизнь её ребенку.

Вскоре королева родила чудную девочку с золотыми волосами. Сила цветка перешла в волосы маленькой принцессы, нареченной Рапунцель. Когда об этом узнала Матушка Готель, то попыталась украсть волосы девочки, отрезав от них прядь, но та в руке старухи приняла свой настоящий вид — сделалась каштановой. Волосы, потерявшие свою силу, были Готель уже не нужны, и тогда она решила выкрасть малышку… С того скорбного дня каждый год в День рождения принцессы король с королевой запускают фонарики в небо, не оставляя надежды, что когда-нибудь их дочь вернется. Так проходит 18 лет.

Матушка Готель заточила Рапунцель в башню, чтобы скрыть силу волос, и всё это время под видом заботливой матери растила девочку, рассказывая ей об опасности внешнего мира и не открывая ей правду о её происхождении. Девочка вырастает самостоятельной, умной и красивой. К совершеннолетию длина ее волос составляет уже 21 метр. Виртуозно управляя ими, Рапунцель ведёт хозяйство в башне в компании единственного друга — умного ручного хамелеона Паскаля. Всю жизнь она мечтает увидеть мир и посмотреть на огоньки, появляющиеся только в День её рождения. Её мечта может вот-вот осуществиться, ведь уже завтра ее 18-летие. Рапунцель просит у «мамы» разрешения выйти из башни, но получает отказ.

В это время молодой вор Флин Райдер крадет корону принцессы прямо из под носа стражников во дворце и сбегает со своими подельниками. В погоне он бросает сообщников, забирая всё себе. За вором устремляется конь капитана королевской гвардии Максимус, поклявшийся поймать его. В ходе погони Флина случайно выбрасывает в кусты и он оказывается у водопада с высокой башней. Разбойник забирается на неё, решая, что сумеет спрятаться в уединении, но там Рапунцель оглушает его сковородкой по голове и прячет в шкаф. Вскоре Готель возвращается обратно. Девушка хочет рассказать «матери» о своём подвиге и доказать то, что она достаточно взрослая. Но, получив очередной отказ на свою просьбу посмотреть на заветные огни, всё же решает умолчать. Рапунцель обманом отсылает «мать» на 3 дня за краской для фресок (главное увлечение девушки). И Готель уходит.

Разбойник приходит в себя и пытается бежать, но безуспешно — по рукам и ногам он связан волосами Рапунцель, которая в обмен на корону (что спрятала от него) просит показать огоньки. Флину приходится согласиться. Оказавшись на воле, Рапунцель одновременно радуется свободе и испытывает угрызение совести по отношению к «маме». Но Флин убеждает её, что это нормально. Он приводит ее в таверну, где собираются самые опасные преступники. Поначалу испугавшись, постепенно Рапунцель открывает в них лучшие стороны, и те помогают бежать ей и Флину от королевской стражи. Готель, завидев стражу, возвращается домой, но обнаруживает башню пустой. Она понимает, что девушка сбежала… Рапунцель показывает разнообразные возможности своих волос, помогающие ей и Флину сперва спастись от стражников на плотине, затем — после её прорыва — найти выход из затопляемого помещения, а в довершение приключений на остаток дня — исцелить порезанную ладонь Флина. Позже он рассказывает девушке о своём прошлом бедного сироты, о том, как стал вором, а также называет свое настоящее имя — Юджин Фицгерберт. Когда Флин уходит за дровами, Рапунцель находит Готель. Та утверждает, что если бы не корона, спрятанная девушкой, Флин никогда не пошел бы с ней. Но Готель пока не принуждает Рапунцель к возвращению в башню, как бы из благодушия предоставляя ей самой во всём разобраться… Вскоре молодые люди встречают Максимуса. Воинственный конь хочет поймать вора, но Рапунцель благодушно заставляет его и Флина заключить перемирие. Вместе они отправляются в город на праздник фонарей. Там Рапунцель узнает, что когда-то была похищена принцесса. Максимус замечает, что разбойнику нравится девушка.

Вечером Флин и Рапунцель садятся на лодку и отплывают в ней ко дворцу. В этот момент в небе появляются фонарики. Девушка отдаёт корону вору, но тот, к её удивлению, не торопится её брать. Они отправляют в небо подобранный фонарик. Флин пытается поцеловать Рапунцель, но видит, что на берегу стоят его бывшие «коллеги». Пара возвращается к берегу. Вор отдает разбойникам корону, но они оглушают его и по задумке Матушки Готель (они сотрудничали) подстраивают предательство Флина, будто бы он уплывает на лодке, оставив девушку одну. Готель в свою очередь подставляет бандитов, оглушая их палкой, представив свои действия, как попытку спасти Рапунцель, после чего «утешает» её и провожает назад в башню.

Максимус видит как Флина схватила стража. Он зовёт на помощь бандитов из таверны, чтобы спасти разбойника от повешения. После успешного побега Максимус и Флин отправляются к башне, чтобы спасти Рапунцель. Тем временем, девушка в башне смотрит на потолок в своей спальне, видит на нём знаки солнца (точь-в-точь, как на празднике) и вдруг понимает, что она и есть похищенная принцесса. Она заявляет Готель, что больше не даст ей пользоваться своими волосами…

Флин и Максимус прибывают к башне. Волосы Рапунцель сбрасываются из окна, и Флин лезет по ним наверх, но, взобравшись видит, что девушка связана, а волосы скинула Готель. Злодейка пронзает молодого человека кинжалом и собирается затащить принцессу в другое укрытие, где ее никто не найдет. Рапунцель соглашается отправиться туда, если Матушка даст ей исцелить разбойника. Та пускает её. Во время исцеления Флин осколком зеркала отрезает волосы Рапунцель — они становятся каштановыми и теряют свою магическую силу. Готель начинает стремительно стареть и, в отчаянии хватая обрубки волос, падает из окна. Она распадается в пыль, едва долетев до земли. Рапунцель больше не может исцелять, но, произнося последние слова заклинания, возвращает Флина к жизни своей слезой. Девушка счастлива, что её любимый остаётся жив.

Флин приводит Рапунцель к родителям. Всё королевство счастливо — принцесса вернулась. Спустя несколько лет Рапунцель и Флин поженились, разбойники из таверны стали осуществлять свои желания, а Максимус стал предводителем королевской гвардии.

Кульминационная сцена фильма разворачивается на фоне горизонта, заполненного горящими фонарями. В каждом фонаре горит отдельный нарисованный огонь, состоящий из 10 000 маленьких световых пучков. В одном кадре уместилось 46 000 фонарей, следовательно — 460 миллионов световых пучков[4].
Образцом для водопада и бурного потока неподалёку от башни послужили реки и водопады в Йосемитском национальном парке в Калифорнии. Старший специалист по спецэффектам ездил туда на два дня и отснял больше 150 видеороликов натуры. На них и опирались в работе художники, выбирая лучшие места и ракурсы. Для того, чтобы водопад получился реалистичным, потребовалось смоделировать более 10 миллионов отдельных капелек.
Источником вдохновения для сцены, в которой речной поток прорывает деревянную дамбу, послужил аттракцион «Стремнина Гризли» (англ. Grizzly River Run) в Калифорнийском парке развлечений Диснейлэнд. В финальной сцене прорыва дамбы на экран выливается 23 миллиона виртуальных галлонов нарисованной воды.
Во время работы над фильмом, десять женщин из творческой группы начали отращивать волосы. Затем эти волосы были сданы в организацию, изготовляющую парики для людей, облысевших в результате болезней.
Дочь старшего аниматора Глена Кина — художница Клэр Кин, продумала и нарисовала фрески на стенах башни Рапунцель. Разрабатывая этого персонажа Глен наделил её некоторыми чертами своей дочери, в том числе упрямым нравом и склонностью расписывать стены.
Дэвид Швиммер и Берт Рейнолдс были утверждены на роли, которые в конечном итоге были удалены на стадии производства.
По словам руководителя производства Доэри Уэлч Грейнер: оригинальный сценарий был нечто вроде продолжения фильма «Зачарованная» (2007). По сюжету, Рапунцель должна была бы превратиться в белку, а на её место пришла бы девушка из реального мира. Глен Кин склонялся в пользу более весёлой и фантастической сказки, какими и славится Disney: «Я думаю, что это именно то, что Disney должен сделать прямо сейчас. Никто другой не может сделать подобного. Мы не должны стесняться или оправдываться за эту сказку…».
В сцене в трактире «Сладкий утёнок», в которой во время всеобщего пения запускают крутиться на верёвке старика-купидона, при движении камеры вверх на люстре видна кукла Пиноккио.