Një nga argumentet kryesore të njerëzve që kundërshtojnë dënimin me vdekje është mundësia që individë të pafajshëm mund të dënohen me vdekje për krime që nuk i kanë kryer.

Që nga viti 1992, janë caktuar pesëmbëdhjetë të burgosur në dënim me vdekje të lirë kur provat e reja të zbuluara i kanë shfajësuar. Për shumë, kjo tregon një mundësi që më shumë të dënuar me vdekje mund të provohen të pafajshëm me kalimin e kohës. Përparimet moderne në studimet e ADN-së kanë lejuar shkencëtarët dhe agjencitë e zbatimit të ligjit të përcaktojnë më mirë palën përgjegjëse në një krim të caktuar në shumë raste. Kundërshtarët e dënimit me vdekje besojnë se asnjë person nuk duhet të dënohet me vdekje sepse, me kalimin e kohës, ADN-ja ose prova të tjera përkatëse mund t'i lirojnë ata nga faji.

Mendohet se disa persona janë ekzekutuar gabimisht. Në vitin 1950, një burrë i quajtur Timothy Evans u ekzekutua për vrasjen e vajzës së tij. Tre vjet më vonë, autoritetet zbuluan se një burrë tjetër, i cili mori me qira një dhomë nga Evans, ishte një vrasës serial dhe në fakt përgjegjës. Një zjarr i ndezur nga një zjarrvënës në vitin 1991 iu fajësua Cameron Willingham. Tre nga vajzat e tij humbën jetën në zjarr dhe Willingham u dënua me vdekje. Willingham u ekzekutua në vitin 2004, por që atëherë, provat që fillimisht thuhej se vërtetonin fajin e tij janë treguar të papërfunduara. Megjithëse pafajësia e tij nuk mund të vërtetohet, nëse nuk do të ishte dënuar me vdekje, çështja mund të ishte rihapur dhe ai mund të ishteu shpall i pafajshëm pas një apeli.

Një nga rastet më të njohura të ekzekutimit të mundshëm të gabuar përfshin Jesse Tafero, një njeri i akuzuar për vrasjen e dy oficerëve të policisë. Ishin dy bashkëpunëtorë të përfshirë në incident, Walter Rhodes dhe Sonia Jacobs. Rhodes dëshmoi kundër dy të tjerëve në këmbim të një dënimi të lehtë me burg. Më vonë ai pranoi se ishte i vetmi përgjegjës në vrasjet, por edhe me dëshminë e re, Tafero u dënua me vdekje. U deshën dy vjet që të bëhej një rishikim i çështjes së Jacobs dhe më pas ajo u lirua. Besohet gjerësisht se Tafero gjithashtu do të ishte liruar nëse do të ishte ende gjallë për një apel.