ACTE I
A Rome en juin 1800. Dans l'église Sant'Andrea della Valle, un prisonnier évadé, Angelotti (basse), arrive en hâte, prend une clef déposée à son intention et disparaît dans une chapelle latérale. Le peintre Mario Cavaradossi (ténor) vient achever un portrait de madone à laquelle il donne les traits d'une inconnue venue prier récemment, et compare les traits de celle-ci à ceux de sa maîtresse, la cantatrice Floria Tosca (Recondita armonia), au grand scandale du sacristain (baryton), qui n'aime guère ce «voltairien» aux moeurs trop libres, et s'éloigne.
Mario reconnaît en Angelotti l'ancien consul de la république romaine, mais l'arrivée de Tosca (soprano) les interrompe, et le peintre donne au fugitif son panier de victuailles. Tosca convie son amant à la rejoindre le soir (Non la sospiri), et, à son air embarrassé, se prend de soupçons, d'autant qu'elle reconnaît dans les traits de la madone ceux de la marquise Attavanti; Mario la rassure (duo: Qual occhio al mondo), puis, demeuré seul, rejoint Angelotti: que celui-ci revête les atours féminins prévus par sa sour, l'Attavanti, et aille attendre Mario dans la villa de celui-ci, où une cachette est ménagée dans un puits.
Le canon tonne, révélant la fuite: Mario s'éloigne avec Angelotti. Le bruit d'une défaite de Bonaparte à Marengo a couru, et le sacristain fait répéter le Te Deum, mais survient le chef de la police, Scarpia (baryton), certain de la présence du fugitif. Le départ inopiné de Cavaradossi, républicain notoire, le conforte dans ses soupçons. Il ramasse un éventail laissé par Angelotti, et porteur de l'emblème de l'Attavanti, et le montre à Tosca, venue revoir Mario, excitant sa jalousie; puis il la fait suivre par ses sbires. Il joint sa voix au Te Deum, rêvant à la possession de la belle Floria Tosca.
ACTE II
Dans son bureau au Palais Farnese, Scarpia se réjouit d'avance de la pendaison d'Angelotti et Mario et de la conquête de Tosca (Ha più forte sapore). Le policier Spoletta (ténor) revient bredouille, mais il a amené Cavaradossi que Scarpia interroge en vain, cependant qu'on entend au loin la cantate chantée par Tosca à une fête donnée par la reine en l'honneur de la victoire sur Bonaparte. Lorsque Tosca survient, mandée par Scarpia, Mario la conjure, en aparté, de taire ce qu'elle a découvert dans sa villa, puis entre dans la chambre des interrogatoires. Pour la faire avouer, Scarpia lui explique avec cynisme les tortures que subit son amant: on entend un cri déchirant de Mario, et Tosca révèle la cachette d'Angelotti. On amène Mario défaillant: mais lorsque le gendarme Sciarrone (basse) annonce que c'est en fait Bonaparte qui a gagné la bataille à Marengo, Mario se relève, crie victoire et se rit de Scarpia qui, furieux, le fait emporter par ses sbires. Tosca prie le seigneur (Vissi d'arte). Pour sauver son amant, au lieu d'argent, Scarpia lui demande de céder à ses désirs (Già, mi dicon venal). Malgré sa répulsion, Tosca n'a guère d'alternative; Scarpia donne un ordre à mi-mot à Spoletta, rédige pour Tosca et Mario un sauf-conduit, mais lorsqu'il s'avance pour l'enlacer, Tosca lui plonge un couteau dans le corps et s'enfuit avec le sauf-conduit.
ACTE III
La terrasse du château St-Ange; c'est l'aube sur Rome, mêlant ses teintes sonores délicates à la chanson lointaine d'un pâtre (voix d'enfant).
Mario attend son exécution, songeant au bonheur passé (E lucevan le stelle). Tosca survient et lui apprend qu'il est sauf, mais Mario doute d'une clémence possible de Scarpia. Tosca lui révèle son acte; Mario s'émeut qu'elle ait pu, pour le sauver, commettre un geste aussi sanguinaire (O dolci mani) et s'avance vers le peloton pour ce qui, selon la promesse de Scarpia à Tosca, devrait n'être qu'un simulacre d'exécution. Mais Scarpia avait trompe Tosca: c'est un ordre d'exécution réelle qu'il avait donné, et Mario s'effondre sous les balles. Des sbires se précipitent vers Tosca, car le meurtre a été découvert; mais elle se donne la mort en se jetant dans le vide du haut du parapet.