Ngày xửa ngày xưa, một giọt nắng từ trên trời rơi xuống Trái đất, và từ giọt nắng nhỏ nhoi ấy, mọc lên một bông hoa vàng ẩn chứa phép thuật diệu kì. Một mụ phù thuỷ già tên là Mẹ Gothel đã tìm thấy bông hoa và sử dụng quyền năng chữa lành mọi thứ của bông hoa để làm cho mụ trẻ lại suốt hàng trăm năm trời. Nhiều thế kỷ trôi qua, tại một vương quốc gần đó, có một bà hoàng hậu đang mang thai. Bà bị ốm rất nặng, và nhà vua ra lệnh đi tìm loài cây kỳ diệu trong truyền thuyết ấy. Mặc dù Gothel đã tìm cách che giấu nó cho riêng mình, nhưng quân lính vẫn tìm thấy bông hoa, mang cây về, và hoà với nước cho hoàng hậu uống. Và bông hoa kỳ diệu đã chữa khỏi cho hoàng hậu. Một nàng công chúa ra đời với mái tóc vàng tuyệt đẹp có khả năng chữa lành mọi vết thương. Gothel, muốn lấy lại sự trẻ trung và bất tử của mình, đã đột nhập vào phòng của công chúa trong lâu đài để cắt một ngọn tóc của nàng, nhưng mụ phát hiện ra rằng làm như vậy sẽ khiến ngọn tóc mất đi phép thuật vốn có. Và thế là mụ bắt cóc công chúa và đặt tên cô bé là "Rapunzel," nuôi nàng như con đẻ ở một toà tháp hẻo lánh. Gothel luôn nói với Rapunzel rằng cuộc sống ngoài kia lúc nào cũng đầy rẫy những nguy hiểm, và để được an toàn, nàng luôn phải ở đây. Nhưng toà tháp cao và những lời nói ấy của mụ không thể che giấu tất cả. Hàng năm, vào tối sinh nhật của công chúa, nhà vua và hoàng hậu tưởng nhớ tới nàng bằng cách thả hàng nghìn chiếc đèn lồng lên trời, với hy vọng rằng một ngày nào đó, nàng công chúa bị mất tích của họ sẽ trở về. Từ cửa sổ của toà tháp bí mật, Rapunzel năm nào cũng say sưa ngắm nhìn những "đốm sáng bay" ấy, và cô bé luôn ao ước được biết thứ ánh sáng ấy là gì.
Vào ngày sinh nhật thứ mười tám của mình, Rapunzel xin Gothel cho phép mình ra ngoài toà tháp để được xem thứ ánh sáng bay hàng năm ấy thực chất là gì, nhưng Gothel, như thường lệ, vẫn từ chối với lý do rằng thế giới ngoài kia quá nguy hiểm với nàng. Cùng lúc ấy, Flynn Rider và anh em nhà Stabbington đánh cắp chiếc vương miện của nàng công chúa bị mất tích. Trong cuộc truy đuổi sau đó, Maximus, chú ngựa của người chỈ huy đội quân của lâu đài, bị lạc khỏi chủ nhưng vẫn tiếp tục tự mình đuổi theo tên tội phạm. Flynn đã phản bội hai kẻ đồng phạm với mình, lừa được những kẻ đang truy đuổi mình, lấy được vương miện, và vô tình tìm đến toà tháp của Rapunzel. Anh trèo lên toà tháp, nhưng bị Rapunzel đánh bất tỈnh với một chiếc chảo rán và giấu vào trong tủ quần áo. Khi Gothel trở về, Rapunzel tìm cách cho mụ xem mình đã bắt được Flynn để chứng tỏ rằng giờ nàng đã đủ khôn lớn để đi ra thế giới ngoài kia, nhưng Gothel đã ngắt lời nàng và nói rằng nàng sẽ không bao giờ được rời khỏi toà tháp này, mãi mãi; vì thế mụ vẫn không được biết đến sự có mặt của Flynn. Và thay vì cho mụ xem anh, thì Rapunzel đã hỏi xin Gothel đi tìm một loại sơn vẽ đặc biệt, mà nguyên liệu để làm nó phải đi tìm hết ba ngày đường xa. Gothel ra đi, và Rapunzel nhanh chóng tìm cách đưa Flynn ra khỏi chiếc tủ quần áo. Nàng trói anh bằng mái tóc của mình và ra thoả thuận rằng nàng sẽ chỈ đưa lại chiếc vương miện cho anh sau khi anh đưa nàng khi xem những đốm sáng kia. Sau một hồi tranh luận, Flynn đồng ý. Trên đường đi, anh đưa nàng tới quán Những chú vịt con ấm cúng, nơi đầy những tên côn đồ và kẻ đầu gấu, với hy vọng rằng sẽ làm cho nàng sợ và từ bỏ ý định của mình. Tuy nhiên, Rapunzel đã cảm hoá được họ, và họ cổ vũ hai người hãy đi theo những ước mơ của mình. Anh chàng Tay Móc đã chỈ cho hai người một lối đi bí mật trốn ra khỏi quán khi quân lính hoàng gia đuổi tới nơi.
Khi đang đi, Mẹ Gothel vô tình nhìn thấy Maximus. Lo sợ đã có ai đó tìm thấy Rapunzel, Gothel trở về toà tháp sớm. Rapunzel đã đi khỏi nhưng Gothel sợ hãi khi tìm thấy chiếc vương miện. Sau đó mụ đã hợp tác với anh em nhà Stabbington để mụ có thể mang được Rapunzel trở về còn hai anh em nhà kia thì trả thù được Flynn. Trong lúc đó, quân lính đã tìm đến quán rượu và đuổi theo Rapunzel và Flynn tới một cái đập, mà sau đó đã bị Maximus vô tình làm vỡ. Flynn và Rapunzel bị mắc kẹt trong một cái hang đang bị ngập nước. Flynn bị đứt tay trong khi đang cố tìm lối thoát nhưng chẳng có ích gì. Nghĩ rằng mình không còn đường ra nữa, Flynn tâm sự với Rapunzel một sự thật về mình, đó là tên thật của anh là: Eugene Fitzherbert. Rapunzel cũng làm vậy, nàng nói rằng mái tóc của nàng có thể phát sáng khi nàng hát, và phát hiện ra rằng họ có thể dùng ánh sáng từ mái tóc của nàng để tìm lối ra. Rapunzel sau đó đã dùng mái tóc của mình để chữa lành vết thương trên bàn tay Flynn. Flynn nói với Rapunzel rằng anh thật ra là một đứa trẻ mồ cô, luôn mơ ước được như một anh hùng trong cuốn truyện cổ tích mà anh lấy làm tên mình, nhưng Rapunzel nói rằng nàng thích cái tên Eugene hơn Flynn nhiều. Khi Flynn đi kiếm củi đốt, Gothel đã gặp Rapunzel, khăng khăng khẳng định với nàng rằng Flynn không quan tâm gì tới nàng và đưa cho Rapunzel chiếc vương miện, nói với nàng hãy đưa nó cho Flynn mà thử anh. Nhưng Rapunzel không tin, thế là mụ bỏ đi, cùng với hai tên trộm chuẩn bị cho một kế hoạch mới.
Sáng hôm sau, Maximus chạm trán với Flynn và lôi anh đi, nhưng Rapunzel đã làm bạn với chú ngựa với thuyết phục nó hãy giúp họ. Đến vương quốc, Flynn đưa Rapunzel đi quanh thành phố và đêm đó, thuê một chiếc thuyền nhỏ, đưa nàng ra giữa hồ xem thả đèn lồng. Ở đó, Rapunzel đã đưa trả lại chiếc vương miện cho Flynn. Trong khung cảnh lãng mạn với xung quanh là hàng nghìn chiếc đèn lồng rực rỡ, anh nhận ra mình đã yêu nàng, và ngay khi anh chuẩn bị hôn, thì Flynn chợt nhìn thấy hai tên đồng bọn cũ và để Rapunzel lại để đi đưa cho chúng chiếc vương miện, cho thấy rằng bây giờ anh quan tâm tới Rapunzel hơn tất cả. Tuy nhiên hai anh em nhà kia nói rằng chúng muốn có Rapunzel, và đã đánh anh bất tỈnh, rồi buộc anh vào một chiếc thuyền, đặt chiếc vương miện lên tay anh và đẩy anh qua cái hồ tới vương quốc. Chúng nói với Rapunzel rằng Flynn đã phản bội nàng và tìm cách bắt cóc nàng để có được quyền năng của mái tóc kỳ diệu. Nhưng Gothel đã dựng nên một cuộc giải cứu bằng cách đánh hai anh em nhà kia bất tỈnh và đưa Rapunzel trở lại toà tháp. Một lúc sau đó, khi nhìn vào món quà tặng với biểu tượng của vương quốc mà trước đó Flynn đã mua cho nàng một hồi lâu, Rapunzel thấy tất cả những bức tranh nàng đã vẽ trên trần và tường phòng ngủ của mình đều có biểu tượng hình mặt trời đó, và nhận ra mình chính là nàng công chúa bị mất tích và tìm cách chạy trốn khỏi toà tháp, nhưng đã bị mẹ Gothel bắt lại.
Trong lúc đó, chiếc thuyền của Flynn trôi tới chỗ lính canh, và họ phát hiện ra chiếc vương miện. Flynn bị bắt và kết án tử hình. Khi đang bị giải tới chỗ treo cổ, Flynn bực tức đánh hai tên lính canh và lao tới chỗ hai anh em nhà Stabbington, đánh chúng và hỏi chúng làm sao mà biết được phép thuật chữa lành mọi thứ của mái tóc Rapunzel, và chúng trả lời đó là do một mụ già. Và trên đường đi, anh được Maximus và những anh chàng đầu gấu ở quán rượu mà Maximus gọi đến, cứu thoát. Flynn cùng Maximus lao tới chỗ toà tháp và thấy Rapunzel đang bị xích vào tường và dùng băng dính dán vào miệng. Gothel đã đâm anh một cái chí tử với một con dao, và chuẩn bị đưa Rapunzel tới một chỗ ẩn nấp mới. Nhưng Rapunzel cầu xin Gothel rằng nàng sẽ thôi chống lại mụ nếu mụ để nàng cứu chữa cho Flynn. Flynn cố bảo Rapunzel đừng làm như vậy, nhưng nàng nói với anh rằng mọi thứ rồi sẽ ổn thôi. Gothel đồng ý với đề nghị đó, nhưng trước khi Rapunzel chữa cho anh, Flynn đã cắt mái tóc của nàng để giải thoát cho nàng khỏi lời hứa phải sống ẩn nấp với Gothel mãi mãi. Mái tóc của Rapunzel ngay lập tức chuyển sang màu nâu và mất hết quyền năng của mình. Và kết quả là Gothel già đi nhanh chóng và bị con tắc kè Pascal, bạn của Rapunzel kéo mái tóc bị cắt của nàng ra ngáng đường, mụ vấp và ngã xuống khỏi toà tháp đến chết, và ngay lúc đó mụ tan thành cát bụi. Trong hơi thở cuối cùng, Flynn nói với Rapunzel rằng nàng chính là ước mơ mới của anh, bày tỏ tình yêu của mình với nàng, và Rapunzel cũng nói với anh như thế. Flynn chết, để lại nàng Rapunzel với trái tim tan nát, hát nốt những câu cuối cùng của bài hát thần chú chữa lành mọi thứ và khóc lóc thảm thiết. Nhưng một giọt nước mắt của nàng đã rơi trên khuôn mặt Flynn, và nó vẫn còn phép thuật chữa lành vết thương, cứu sống anh. Trở về vương quốc, Rapunzel được đoàn tụ với nhà vua và hoàng hậu. Flynn sau đó đã kết thúc bộ phim bằng lời kể với khán giả rằng tất cả những anh chàng đầu gấu ở quán rượu đã có được những gì mình mơ ước, còn bản thân anh quay trở lại với cái tên cũ, và sau đó Rapunzel và anh đã lấy nhau và sống hạnh phúc bên nhau mãi mãi về sau."