Et av hovedargumentene til folk som motsetter seg dødsstraff er muligheten for at uskyldige individer kan bli drept for forbrytelser de ikke har begått.

Siden 1992 har femten fanger blitt satt på dødscelle. gratis når nyoppdagede bevis har frikjent dem. For mange indikerer dette en mulighet for at flere dødsdømte kan bevises uskyldige over tid. Moderne fremskritt innen DNA-studier har gjort det mulig for forskere og rettshåndhevelsesbyråer å avgjøre den ansvarlige parten i en bestemt forbrytelse i mange tilfeller. Dødsstraff-motstandere mener at ingen skal drepes fordi DNA eller andre relevante bevis med tiden kan frita dem for skyld.

Flere personer antas å ha blitt urettmessig henrettet. I 1950 ble en mann ved navn Timothy Evans henrettet for å ha myrdet datteren sin. Tre år senere oppdaget myndighetene at en annen mann, som leide et rom av Evans, var en seriemorder og faktisk ansvarlig. En brann startet av en brannstifter i 1991 fikk skylden på Cameron Willingham. Tre av døtrene hans omkom i brannen, og Willingham fikk dødsstraff. Willingham ble henrettet i 2004, men siden den gang har bevis som opprinnelig ble sagt for å bevise hans skyld vist seg å være usikre. Selv om hans uskyld ikke kan bevises, hvis han ikke hadde blitt drept, kan saken ha blitt gjenåpnet og han kan ha blittfunnet uskyldig etter en anke.

Et av de mest kjente tilfellene av mulig urettmessig henrettelse involverer Jesse Tafero, en mann anklaget for å ha myrdet to politimenn. Det var to medskyldige involvert i hendelsen, Walter Rhodes og Sonia Jacobs. Rhodes vitnet mot de to andre i bytte mot en lett fengselsstraff. Han innrømmet senere at han var den eneste ansvarlige parten i drapene, men selv med det nye vitnesbyrdet ble Tafero drept. Det tok to år før en gjennomgang av Jacobs’ sak fant sted, og etterpå ble hun satt fri. Det er en utbredt oppfatning at Tafero også ville blitt satt fri dersom han fortsatt var i live for en anke.