Actiunea are loc la inceputul secolului 20, in Japonia, lânga portul Nagasaki.

ACTUL I
Locotenentul de marina Benjamin Franklin Pinkerton din USA inchiriaza o casa si se casatoreste cu o sotie la Nagasaki, desi nu intentioneaza in mod serios sa ramâna in Japonia. Mr.Sharpless, consulul american, vine la nunta. Pinkerton ii vorbeste consulului intr-un mod frivol, el considera casatoria aceasta un aranjament temporar, asa cum este si inchirierea casei. El spune: "In tara asta contractele sunt tot atât de flexibile ca si casele. Asa ca ma casatoresc dupa moda japoneza: pentru 999 de ani. Dar pot anula contractul in orice luna". Cei doi vorbesc despre mireasa, frumoasa si tânara Cio-Cio, al carei nume inseamna "fluture” ("butterfly" in engleza). Consulul il avertizeaza pe locotenent ca fata ia in serios aceasta casatorie. Dar Pinkerton spune: "Nu vad de ce ar fi rau sa dresez acest fluture, pentru zborul dulce al iubirii". Cei doi barbati ciocnesc paharele de vin. Consulul: "Sa bem pentru familia ta care e departe!". Pinkerton: "Si pentru ziua cand ma voi casatori in mod serios cu o sotie adevarata americana !". Mireasa urca dealul impreuna cu familia si prietenii. Ei cânta: "Ce mult cer! Ce multa mare!... Sufla o briza dulce de primavara!... Ce multe flori !". Mireasa cânta: "Pe mare si pe pamânt, eu sunt cea mai fericita fata din Japonia. Ba nu ! A intregii lumi ! Prieteni, eu am raspuns chemarii iubirii. Ma aflu in pragul iubirii, acolo unde se aduna toate bucuriile celor vii si celor morti". Are loc ceremonia de nunta. Apoi, petrecerea de nunta este intrerupta de catre unchiul miresei, un preot japonez. El a aflat ca Cio-Cio a vizitat Misiunea Crestina pentru ca doreste sa devina crestina. Unchiul o blestema: "Cio-Cio San ! Cio-Cio San ! Nenorocire ! Ce-ai facut la Misiune ? Ea a renegat cultul strabunilor ! Kami Sarundasiko ! O mare nenorocire ameninta sufletul tau corupt ! Tu te-ai lepadat de noi, noi ne lepadam de tine !". Musafirii sunt speriati si fug. Petrecerea s-a terminat. Mireasa si mirele sunt singuri. Ei cânta un duet de dragoste: "Stelele sunt ca niste ochi care ne privesc... Vino ! Vino ! Cerul râde in extazul iubirii..."

ACTUL II, partea intâi
Trei ani mai târziu, in acelasi loc. Cio-Cio San (adica "Doamna Cio-Cio", "Doamna Fluture”) este acasa cu menajera Suzuki. Aceasta se roaga zeilor ca Cio-Cio San sa plânga mai putin, pentru ca de trei ani ele nu mai au nici o veste de la Pinkerton. Suzuki este ingrijorata si pentru ca le-au mai ramas foarte putini bani. Dar Cio-Cio San spune: "Zeii japonezi sunt grasi si lenesi. Sunt sigura ca Zeul american raspunde mai repede celor care îl implora. Dar ma tem ca nu stie ca noi facem parte din familia lui". Cio-Cio San are incredere ca sotul ei se va intoarce. Printul Yamadori, care stie ca Cio-Cio San este parasita de sotul ei, vine si o cere in casatorie. Cio-Cio San il refuza, spunând ca tara ei este USA si potrivit legilor ei ea mai este casatorita. Mr.Sharpless, consulul american, vine sa-i citeasca o scrisoare pe care a primit-o de la Pinkerton. El este asa de miscat de emotia tinerei doamne, incât nu poate sa-i citeasca scrisoarea pâna la sfârsit. Nu-i poate spune ca Pinkerton a parasit-o, dar in schimb o indeamna sa accepte oferta de casatorie a Printului Yamadori. Cio-Cio San este ingrozita de o asemenea sugestie; ea il aduce in camera pe micul ei fiu. Cio-Cio San spune ca numele copilului este Durere, dar când tatal lui se va intoarce el se va numi Bucurie. Mr.Sharpless promite sa-i spuna lui Pinkerton ca este tatal unui copil. Dupa plecarea consulului, se aude o bubuitura de tun in port, Cio-Cio San se uita prin telescop si vede vaporul american "Abraham Lincoln", vaporul lui Pinkerton. Ea este peste masura de fericita. Cio-Cio San si menajera Suzuki decoreaza camerele cu flori si il asteapta pe Pinkerton. Când vine noaptea, Suzuki si copilul adorm, dar Cio-Cio San continua sa astepte treaza.

ACTUL II, partea a doua
Un interludiu orchestral marcheaza intrarea vaporului "Abraham Lincoln" in portul Nagasaki, la rasaritul soarelui. Suzuki se trezeste si o convinge pe Cio-Cio San ca trebuie sa se odihneasca. Cio-Cio San si copilul merg in alta camera sa se culce. Sosesc Pinkerton si consulul care stau de vorba cu Suzuki. Pinkerton este insotit de sotia lui, Kate. Aceasta vorbeste cu Suzuki, spunându-i ca va avea grija de copil, ca si cum ar fi al ei, dar Suzuki este foarte necajita ca Cio-Cio San va trebui sa se desparta de copil. Pinkerton este atât de plin de remuscari si atât de rusinat, incât fuge de acolo si le lasa pe doamne sa lamureasca lucrurile in absenta lui. Cio-Cio San intra si afla adevarul. Ea accepta sa dea copilul, dar cere ca Pinkerton sa vina peste o jumatate de ora sa-l ia. Când este singura in camera ei, Cio-Cio San ia pumnalul tatalui ei si citeste inscriptia de pe el: "Cine nu poate trai cu cinste, trebuie sa moara cu cinste". Cuvintele acelea au fost mesajul Mikado-ului catre tatal lui Cio-Cio San, in urma cu multi ani. Tatal lui Cio-Cio San si-a luat viata cu acel pumnal. Acum, Cio-Cio San isi ia ramas bun de la fiul ei: "Tu care din Paradis ai coborât la mine, uite-te la chipul mamei tale, ca sa-l tii minte. Uite-te bine la mine ! La revedere dragostea mea...", Apoi ii spune copilului sa plece si se sinucide cu pumnalul tatalui ei. Pinkerton se intoarce, strigând-o: "Butterfly ! Butterfly !".