일본의 나가사키 항구. 항구가 내려다 보이는 아름다운 별장. 미 해군 중위 핑커톤과 나비 부인의 결혼식. 핑커톤과 결혼 중매인 고로는 하녀 스즈키와 사환들의 인사를 받으면서 흐뭇해 한다. 모두들 신부 도착을 기다리고 있다. ----------------------------- 나가사키 주재 미국 영사 샤르플레스가 들어온다. 그리고 핑커톤에게 충고한다. "일시적 충동으로 하는 결혼은 불행한 일을 초래할 수가 있다" 하지만 핑커톤은 신경쓰지 않는다. ----------------------------- 얼마 후, 신부의 행렬이 도착한다는 합창소리가 들린다. 고로는 신부의 아름다움을 자랑하며 자신의 안목을 자화자찬한다. 핑커톤은 신부를 빨리 영접하려고 서두른다. 드디어 신부를 맞이하여 친구들에게 나비 부인을 소개한다. 나이는 15세, 선조는 부유한 가정이었으나 지금은 몰락하여 어머니를 보살피기 위해 기생이 되었다. ----------------------------- 연회가 시작되자, 나비 부인은 핑커톤에게 부친에게 물려받은 유물을 보여주고 기도하면서 남평을 따라 기독교로 개종하겠다고 말한다. 결혼식 연회가 마무리될 무렵, 그녀의 아저씨라는 승려가 나타나 그녀의 개종을 비난하고 결혼에 반대한다면서 친지들에게 명령한다. "그녀는 더 이상 가족이 아니다" 나비 부인이 울음을 터뜨리자, 핑커톤은 화를 내면서 연회에 참석한 모든 사람들에게 빨리 이 집에서 나가줄 것을 명한다. ----------------------------- 그리고는 길고도 아름다운 사랑의 장면을 연출하며 둘이서 2중창을 부른다. "저녁이 온다네" Viene la sera "달콤한 밤이여! 수많은 별들이여!" Dolce notte! Quante stelle!"

나비 부인의 방. 어느덧 3년이 흘렀다. 핑커톤은 이미 이곳을 떠났다. 그녀는 남편이 돌아오기를 기원하며 무릎을 꿇고 기도를 드리고 있다. 그녀는 돌아오겠다던 핑커톤의 약속을 믿고 있다. 하지만 가정부 스즈키는 그가 영영 돌아오지 않을 것이라는 암시를 준다. 그러나 나비 부인은 그 말을 막으며 남편이 돌아올 날을 상상하며 노래 부른다. "어떤 갠 날" Un bel di, vedremo ----------------------------- 그때 마침 샤르플레스가 핑커톤에게서 온 편지를 들고 등장한다. 편지에는 그가 미국인 여자와 결혼했으며, 나가사키에 돌아올 예정이지만 나비 부인을 만나러 오는 것은 아니라고 씌어 있었다. 샤르플레스는 기뻐하는 그녀의 모습을 보자, 편지를 끝까지 읽어줄 용기가 나지 않아 머뭇거린다. 그때 고로가 등장하여 나비 부인에게 부유한 야마도리와 재혼하도록 종용하고, 샤르플레스도 그렇게 하라고 충고하지만 그녀는 핑커톤의 아이를 핑계삼아 곤란하다고 대답한다. 결국 샤르플레스는 돌아선다. ----------------------------- 이때 항구에서 핑커톤이 탄 배가 도착하였음을 알리는 축포소리가 들린다. 나비 부인은 흥분하여 가정부 스즈키를 부르고는, 둘이서 사랑스럽게 노래 부른다. "꽃의 2중창" "벚꽃나무의 가지를 흔들어라" Scuoti quella fronda di ciliegio" 그리고는 남편이 기거할 방을 꽃으로 장식한다. 나비 부인은 거울 앞에 앉아 화장을 한다. 또 아이에게 읏을 입힌 다음, 자기도 결혼식 때 입었던 옷으로 갈아입고 핑커톤이 오기를 기다린다. ----------------------------- 저녁이 되자, 스즈키와 아이는 피곤에 지쳐 잠이 들고, 창문 저편에는 달빛이 점차 흐려지건만 핑커톤은 나타나지 않는다. 멀리 바다에서 조용한 합창이 들린다. (허밍 코러스 Coro A Bocca Chiusa) 나비 부인은 그대로 앉은 채 창 밖을 내다본다. 막이 천천히 내린다.

아침이 되자, 나비 부인은 잠자고 있는 아이를 다른 방으로 옮겨 놓으면서 자장가를 부른다. 스즈키는 그녀에게 조금이라도 잠을 청하라고 말을 건네며 나온다. ----------------------------- 이때 핑커톤이 미국인 부인인 케이트와 샤르플레스를 동행하고 정원으로 들어온다. 가정부 스즈키가 놀라서 어쩔 줄 몰라하다가, 핑커톤과 샤르플레스와 함께 나비 부인의 마음을 위로하는 3중창을 부른다. ----------------------------- 핑커톤은 나비 부인이 얼마나 자신을 열렬히 사랑했는가를 비로소 깨닫는다. 그러면서 이별을 고하는 아리아를 부른다. "안녕, 꽃이 피는 사랑의 집" Addio, fiorito asil 그리고는 더 이상 그녀를 마주 대할 수 없어 도망쳐 버린다. ----------------------------- 케이트는 가정부 스즈키에게 조심스럽게 말한다. "아기를 내게 맡겨주면 친자식처럼 키우겠다..." 스즈키가 대답한다. "나비 부인이 너무 불쌍하다..." 그때 나비 부인이 스즈키를 부르며 나오다가 사태를 짐작하고 놀란다. 그녀는 절망하면서 케이트에게 말한다. "핑커톤이 오면 30분 후에 아이를 보내주겠다..." ----------------------------- 아이와 함께 둘이 남게 된 나비 부인은 아이의 눈을 가린 뒤에 손에다 성조기를 쥐어준다. 아이는 아무 것도 모르고 즐거운 듯 깃발을 흔들며 앉아 있다. ----------------------------- 이윽고 그녀는 아버지가 단검에 새겼던 문귀를 읽는다. "명예롭게 살 수 없을 때는, 명예롭게 죽어라" (Con onor muore chinon pu serbar vita con onore) 그리고는 그 단검으로 자신을 찔러 목숨을 끊는다. 이때 핑커톤이 등장하여 그 모습을 보고 울부짖으며 "나비 부인, 나비 부인" 하고 외치는 가운데 막이 내린다.