Eddie Valiant es un detective privado que es contratado por R.K. Maroon, dueño de un estudio de animación, para que consiga pruebas de que la mujer de Roger Rabbit, el personaje animado que protagoniza los cortos de animación del estudio, deje de distraerse durante el rodaje. Esta película presenta un Hollywood de los años 40, en plena edad de oro, donde los personajes animados conviven con seres humanos de carne y hueso, combinando secuencias de animación 2D, dirigidas por Richard Williams, con secuencias de imagen real, dirigidas por Robert Zemeckis.
El día siguiente de que Eddie le enseñe a Roger las pruebas de la infidelidad de su mujer con Marvin Acme, dueño de la compañía Acme, éste aparece asesinado y se considera a Roger Rabbit como el principal sospechoso. El juez Doom persigue a Roger para ejecutarlo por el asesinato y Roger acude a Eddie para que pruebe su inocencia, ya que él y su hermano se encargaban de ayudar a los personajes animados que se metían en esta clase de líos antes de la muerte de éste último a manos de un personaje animado, el cual le tiró un piano encima. Según las pruebas fotográficas que tomó Eddie, la víctima llevaba con ella un testamento que no apareció después de su muerte y puede que sea el móvil del asesinato. Eddie y Roger tendrán que investigar el caso mientras intentan que el juez Doom y su escuadrón de comadrejas no les encuentre.
Esta película es la adaptación de la novela Who censored Roger Rabbit de Gary K. Wolf.
