Nous sommes en 1947 à Hollywood. Eddie Valiant (Bob Hoskins), un privé qui ne roule pas sur l’or, est embauché pour faire la preuve que Marvin Acme, roi des farces et attrapes et propriétaire de Toontown, entretient une liaison avec l’envoûtante Jessica Rabbit, l’épouse de la superstar des studios d’animation Maroon, Roger Rabbit. Quand Acme est retrouvé mort, tout semble accuser Roger, qui supplie Valiant de surmonter sa haine des personnages animés et de l’aider à démasquer le vrai coupable.