Een van de belangrijkste argumenten van mensen die tegen de doodstraf zijn, is de mogelijkheid dat onschuldige mensen ter dood worden gebracht voor misdaden die ze niet hebben begaan.

Sinds 1992 zijn vijftien ter dood veroordeelden vrijgelaten toen nieuw ontdekt bewijsmateriaal hen vrijpleitte. Voor velen wijst dit op de mogelijkheid dat na verloop van tijd meer ter dood veroordeelden onschuldig kunnen worden bevonden. Moderne ontwikkelingen in DNA-onderzoek hebben wetenschappers en wetshandhavers in staat gesteld om in veel gevallen de verantwoordelijke partij in een bepaald misdrijf beter te bepalen. DoodstrafTegenstanders vinden dat niemand ter dood gebracht mag worden omdat DNA of ander relevant bewijs hen na verloop van tijd van schuld kan vrijpleiten.

Er wordt vermoed dat verschillende mensen ten onrechte zijn geëxecuteerd. In 1950 werd een man genaamd Timothy Evans geëxecuteerd voor de moord op zijn dochter. Drie jaar later ontdekten de autoriteiten dat een andere man, die een kamer huurde van Evans, een seriemoordenaar was en eigenlijk verantwoordelijk was. Een brand die in 1991 werd aangestoken door een brandstichter kreeg de schuld van Cameron Willingham. Drie van zijn dochters kwamen om in de brand, enWillingham kreeg de doodstraf. Willingham werd in 2004 geëxecuteerd, maar sindsdien is gebleken dat bewijsmateriaal waarvan oorspronkelijk werd gezegd dat het zijn schuld bewees, niet overtuigend was. Hoewel zijn onschuld niet kan worden bewezen, zou de zaak, als hij niet ter dood was gebracht, heropend kunnen zijn en zou hij na een hoger beroep misschien onschuldig zijn bevonden.

Een van de bekendste gevallen van mogelijke onterechte executie betreft Jesse Tafero, een man die beschuldigd werd van de moord op twee politieagenten. Er waren twee medeplichtigen bij het incident betrokken, Walter Rhodes en Sonia Jacobs. Rhodes getuigde tegen de andere twee in ruil voor een lichte gevangenisstraf. Hij gaf later toe dat hij de enige verantwoordelijke was voor de moorden, maar zelfs met de nieuweHet duurde twee jaar voordat de zaak van Jacobs werd herzien en daarna werd ze vrijgelaten. Er wordt algemeen aangenomen dat Tafero ook zou zijn vrijgelaten als hij nog in leven was geweest voor een hoger beroep.