Dan Evans (Christian Bale) es un veterano del ejército de la Unión que está a punto de perder su rancho a causa de las malas cosechas. La fortuna le ofrece una oportunidad cuando es capturado el célebre forajido Ben Wade (Russell Crowe), un violento y despiadado atracador cuya banda lleva años asolando la vía férrea de la Southern Pacific, asesinando a quien encuentran a su paso. Pero el arresto de Wade no es sino el primer paso, ya que tendrá que ser escoltado hasta la ciudad de Contention. Desde allí, sale un tren con un vagón-celda que le llevará a Yuma para ser juzgado por un tribunal federal. Este viaje de tres días se convertirá en una pesadilla ya que detrás del aspecto encantador de Wade se esconde un manipulador capaz de sacar partido del menor asomo de debilidad.