L’histoire se déroule dans une version fictive de Hollywood en 1947, où les toons (personnages de dessins animés) coexistent avec les humains. Eddie Valiant, un détective privé aigri et alcoolique, est engagé pour enquêter sur des accusations d’adultère concernant Roger Rabbit, un toon célèbre.
Résumé détaillé avec focus sur le métier de détective privé
Eddie Valiant (Bob Hoskins) est un détective privé dont la carrière a été marquée par une profonde aversion pour les toons après que son frère et partenaire a été tué par un toon. À l’origine spécialisé dans les affaires concernant les toons, Eddie s’est éloigné de ce milieu suite à ce traumatisme. Toutefois, il est contraint de replonger dans ce monde lorsqu’il est engagé par R.K. Maroon (Alan Tilvern), le patron des studios Maroon Cartoons.
Maroon veut qu’Eddie enquête sur Jessica Rabbit, la femme séduisante et toon de Roger Rabbit, suspectée d’infidélité. Eddie photographie Jessica en train de jouer à « cachons le pâté » avec Marvin Acme, le propriétaire de Toonville, ce qui bouleverse Roger. Peu après, Acme est retrouvé mort et toutes les preuves pointent vers Roger, qui devient le principal suspect.
Roger, en fuite, implore l’aide d’Eddie pour prouver son innocence. Malgré ses réticences, Eddie accepte et commence une enquête complexe. Il découvre que Judge Doom (Christopher Lloyd), le juge sinistre de Toonville, a orchestré le meurtre d’Acme pour s’approprier Toonville et le détruire pour faire place à une autoroute.
Tout au long du film, Eddie utilise des compétences classiques de détective privé : filature, interrogation de témoins, collecte de preuves et déduction logique. Ses méthodes et sa persévérance dévoilent les couches de complots et de tromperies. Sa progression dans l’enquête démontre l’importance de la déduction, de l’analyse et du courage dans le métier de détective privé.