Rango, een opschepprige kameleon (Johnny Depp), komt per ongeluk terecht in de Mojavi woestijn. Nadat hij een gorgeldier ontmoet (Alfred Molina), die op zoek is naar de mystieke geest van het Westen, ontsnapt Rango maar net aan een aanval van een havik. De volgende dag, na het hebben van een surrealistische nachtmerrie, ontmoet Rango de hagedis Beans (Isla Fisher), een boeren dochter, die hem meeneemt naar Dirt, een klein oud wildweststadje, bewoond door woestijndieren.
Terwijl Beans ontdekt dat de waterreserves, opgeslagen in een water-koeler in de bank, gevaarlijk klein zijn, stelt de kameleon zich, met behulp van wat bravoure en acteerkwaliteiten, zich voor als Rango, een taaie zwerver. Hij raakt al snel verward door de struikrover Bad Bill (Ray Winstone), en vermijdt net aan een vuurgevecht wanneer de havik terugkomt, en Bill en zijn partners wegjaagt. Een paniekerige Rango wordt achtervolgd door de hongerige havik, totdat hij, per stom toeval, de havik vermoordt door hem te vermorzelen onder een watertoren die hij per ongeluk liet instorten. Als gevolg dat Rango de nieuwe sheriff van de stad is. Een sceptische Beans eist dat Rango het waterprobleem onderzoekt, terwijl de stedelingen zich bezorgd maken om het feit dat de havik waarschijnlijk het enige punt was dat revolverheld Rattlesnake Jake het kleine stadje niet kwam terroriseren.
Die nacht geeft Rango per ongeluk de locatie van de bank en het gereedschap om in het gebouw te komen aan een paar rovers. Wanneer de stedelingen erachter komen dat hun water gestolen is, organiseert Rango een groep die het lichaam vindt van de bankmanager Merrimack (Stephen Root), die mysterieus is verdronken in de woestijn. Dan vinden ze de rovers in hun schuilplaats in een grot, alleen voor hun leider, Balthazar (Harry Dean Stanton), die onthult dat zijn groep van mollen, prairie honden en andere dieren sterker zijn dan de groep die Rango heeft samengesteld. De groep vlucht als de verstopte waterfles wordt ontdekt, en ze worden achtervolgd en zitten in een groot gevecht, voordat ze erachter komen dat de fles leeg is. Ten spijte van de rovers die er uiteindelijk ook achter komen dat de fles leeg is, neemt de groep hen mee terug naar de stad voor een beproeving, beduusd over wie het water heeft gestolen.
