Действие происходит в Нагасаки (Япония) в конце XIX века.
Печальная история любви японской девушки Чио-Чио-сан, прозванной Баттерфляй (бабочка), к лейтенанту американского флота Пинкертону.
Лейтенант собирается жениться на Баттерфляй.
На церемонию свадьбы приезжает американский консул Шарплес, приятель Пинкертона.
Во время их разговора выясняются истинные цели жениха: брак с Чио-Чио-сан не имеет юридической силы в Америке, так что он сможет считать себя свободным от брачных уз.
Шарплес встревожен и предостерегает Пинкертона.
Прошло три года.
Пинкертон вскоре после свадьбы уехал в Америку, а Чио-Чио-сан продолжает его ждать.
Она верит, что возлюбленный супруг вернётся, и запрещает всем переубеждать её.
Консул Шарплес приносит письмо, в котором Пинкертон сообщает ему, что вскоре вернётся в Японию, но не один, а с американской женой.
Баттерфляй отказывается считать это правдой и показывает гостю сына.
Шарплес в смятении, он обещает использовать всё своё влияние на Пинкертона.
Баттерфляй ждет любимого.
Шарплес объясняет Пинкертону, что тот натворил.
Пинкертон оправдывается: он не думал, что Чио-Чио-сан воспримет их брак серьёзно.
Они просят служанку Сузуки объяснить хозяйке происходящее и уговорить отдать им ребёнка.
Чио-Чио-сан соглашается и принимает решение: «Тот, кто не может жить с честью, должен умереть с честью».
Нежно простившись с сыном, Чио-Чио-сан убивает себя ударом кинжала.
Вбегает Пинкертон, но уже слишком поздно: Баттерфляй мертва.
Опера в 2-х актах (исполняется на итальянском языке).
