یکی از استدلال های اولیه افرادی که با مجازات اعدام مخالفند این است که افراد بی گناه ممکن است به دلیل جنایت هایی که مرتکب نشده اند به اعدام محکوم شوند.

از سال 1992، پانزده زندانی در انتظار اعدام تعیین شده اند. زمانی که شواهد تازه کشف شده آنها را تبرئه کرده باشد، آزاد هستند. برای بسیاری، این نشان می دهد که این احتمال وجود دارد که تعداد بیشتری از محکومان به اعدام در طول زمان بیگناه باشند. پیشرفت‌های مدرن در مطالعات DNA به دانشمندان و سازمان‌های مجری قانون این امکان را داده است که در بسیاری از موارد، طرف مسئول در یک جرم خاص را بهتر تعیین کنند. مخالفان مجازات اعدام بر این باورند که هیچ فردی نباید به اعدام محکوم شود، زیرا به مرور زمان، DNA یا سایر شواهد مربوطه ممکن است او را از گناه تبرئه کند.

تصور می شود که چندین نفر به اشتباه اعدام شده اند. در سال 1950 مردی به نام تیموتی ایوانز به جرم قتل دخترش اعدام شد. سه سال بعد، مقامات متوجه شدند که مرد دیگری که اتاقی را از ایوانز اجاره کرده بود، یک قاتل زنجیره ای و در واقع مسئول آن بود. آتش سوزی توسط یک آتش افروز در سال 1991 به کامرون ویلینگهام متهم شد. سه تن از دختران او در آتش سوزی جان باختند و ویلینگهام مجازات اعدام را دریافت کرد. ویلینگهام در سال 2004 اعدام شد، اما از آن زمان تاکنون، شواهدی که در ابتدا برای اثبات گناه وی بیان شده بود، ثابت شده است. اگرچه بی گناهی او قابل اثبات نیست، اما اگر او اعدام نمی شد، ممکن بود پرونده دوباره باز می شد و او ممکن بودپس از تجدید نظر گناهکار شناخته نشد.

یکی از شناخته شده ترین موارد اعدام غیرقانونی احتمالی، جسی تافرو، مردی است که متهم به قتل دو افسر پلیس است. در این حادثه دو همدست به نام های والتر رودز و سونیا جیکوبز دخیل بودند. رودز علیه دو نفر دیگر در ازای مجازات خفیف زندان شهادت داد. او بعداً اعتراف کرد که او تنها مسئول قتل‌ها بوده است، اما حتی با شهادت جدید، تافرو به قتل رسید. دو سال طول کشید تا بررسی پرونده جیکوبز انجام شود و پس از آن او آزاد شد. عموماً اعتقاد بر این است که اگر تافرو هنوز زنده بود برای درخواست تجدید نظر آزاد می شد.