役人が群衆を前に布令を読み上げている。美貌を誇るトゥーランドット姫は、求婚する者に三つの謎を解くことを課し、解けない場合は斬首刑に処するとの旨。折しも今日は謎解きに失敗したペルシャの王子が処刑されるという。刑をひと目見ようと揉みあいになる群衆のなか、国を追われたダッタン国の元国王ティムールと、彼に付き添う女奴隷のリューは、生き別れとなっていた王子カラフに出会う。3人が再会を喜ぶのも束の間、群衆から同情の声が上がるなか、首斬り役人とともにペルシャの王子が処刑場に引き立てられていく。そして宮殿のバルコニーにトゥーランドット姫が現れると、カラフはその美しさに魅せられてしまう。父であるティムール、涙ながらのリュー、そして宮廷に仕えるピン、パン、ポンの3人の大臣たちは皆、カラフに求婚を思いとどまるよう説得するが、カラフの決心は翻らず、謎に挑戦する合図となる銅鑼を、トゥーランドット姫の名を叫びながら3回打ち鳴らす。

第1場　3人の大臣たちの控えの間
　ピン、パン、ポンの3人が噂話をしている。トゥーランドット姫の謎かけのせいで、今年はすでに13人もの若者が命を失った。3人は、この暗い時代を嘆いて、平穏だった遠いふるさとを懐かしむ。さて次なる若者は婚礼か葬式か……。

第2場　宮殿前の広場
　トゥーランドット姫の父である皇帝アルトゥムを讃える群衆。姿を見せたアルトゥムは、カラフの決意が変わらないか確認する。やがてトゥーランドット姫が登場、カラフに冷たい一瞥を投げながら、何故このような謎かけを始めたのかを語る。それはトゥーランドット姫の崇敬するロウ・リン姫が、かつて攻めてきたダッタン軍の若者によって捕らえられ、非業の死を遂げたことに対する復讐だった。しかしそれでもなお、カラフの決意は変わらない。そこでいよいよトゥーランドット姫は三つの謎をかけるが、カラフはそれを「希望」、「血潮」、「トゥーランドット」と次々に解いていく。皇帝をはじめ群衆は歓喜に包まれるが、ひとりトゥーランドット姫だけは、絶望のうちに焦り、父帝に約束を反故にするよう願い出るが、誓いは神聖なものとして却下される。そんな様子を見たカラフは、今度は自分から一つの謎を出題する。「明朝までに私の名を言い当てたら命を捧げよう」と。トゥーランドット姫はこの申し出を受け、群衆が皇帝を讃えるうちに幕となる。

第1場　宮殿の庭
　夜も更けて北京の市中には、若者の名がわかるまで誰も寝てはならない、という布令が出される。カラフはひとり勝利を確信して「誰も寝てはならぬ」と歌う。そこへピン、パン、ポンが現れて、美しい娘たちや金銀財宝でカラフの機嫌をとり、この国を立ち去るよう懇願するが、カラフは拒絶する。その時突然、ティムールとリューが群衆の前に引き立てられ、若者の名を明かすよう責められるが、2人は口を固く噤んでいる。トゥーランドット姫はリューを鞭打たせながら、このような責め苦にリューが耐える理由を訝しむ。リューは自らの最期を悟り、これが恋の力というものであることをトゥーランドット姫に向かって説き、短刀を奪って己の胸に突き刺して果てる。人々はリューの一途な心に感動し、その死を嘆いて遺骸を運び去る。あとにはカラフとトゥーランドット姫の2人が残された。カラフは動揺するトゥーランドット姫のヴェールを剥ぎ、抱きしめて熱い口づけをする。初めての口づけに氷のようなトゥーランドット姫の心も溶け、愛の強い力を感じるのだった。そこでカラフは自分の名を明かし、トゥーランドット姫に己の生命を委ねる。

第2場　宮殿前の広場
　皇帝アルトゥムの御前、群衆に囲まれたなかで、トゥーランドット姫は若者の名が判明したと高らかに宣言する。その名は……愛！ と、トゥーランドット姫は喜ばしく叫ぶ。カラフはトゥーランドット姫に駆け寄り、群衆は歓呼して皇帝を讃え、大団円を迎えて終幕となる。