L’histoire se déroule au Japon, dans la baie de Nagasaki. Le Lieutenant américain Pinkerton épouse Cio-Cio-San (Butterfly), une jeune geisha, mais la quitte après leur nuit de noces. Trois ans plus tard, Pinkerton est rentré aux Etats-Unis mais Cio-Cio-San refuse d’oublier celui dont elle a un fils. Le consul américain ne peut lui faire entendre raison. Accompagné de sa nouvelle femme américaine, Pinkerton revient finalement au Japon récupérer l'enfant de Butterfly. Cio-Cio San le lui donne et se tue.