ACTE I
Un héraut annonce que la princesse Turandot, (soprano), fille de l'empereur de Chine, n'épousera qu'un prince de sang royal ayant pu résoudre trois énigmes; ceux qui connaissent l'échec sont décapités.
Perdu dans la foule, anonyme, un prince étranger (ténor) retrouve son vieux père Timur (basse), roi de Tartarie dépossédé, aveugle, mais sauvé et guidé par la jeune esclave Liù (soprano), qui aime le prince.
L'apparition de la lune est le signal de l'exécution du prince de Perse, qui n'a su résoudre les énigmes. Turandot se montre un instant pour, d'un geste, refuser la grâce du condamné. Cet instant suffit pour que le prince inconnu tombe en extase devant la beauté de Turandot. Sans frémir lorsque retentit l'ultime cri du prince de Perse supplicié, il décide de tenter l'épreuve.
Les trois ministres - trois masques - Ping (baryton), Pang (ténor) et Pong (ténor) tentent de l'en dissuader, et à leur voix se joint celle de Liù (Signore, ascolta), que le prince console (Non piangere, Liù) avant de frapper le gong fatidique.
ACTE II
Les trois ministres préparent la céremonie ‑ qui sera nuptiale, ou funèbre ‑ et rêvent à la vie paisible qu'ils eussent menée si Turandot n'avait pas troublé la quiétu de la Chine millénaire par son rite sanglant.
Le peuple de Pékin et la cour se rassemblent pour assister à l'épreuve. Turandot, malgré la prière de son père, le vieil empereur Altoum (ténor), demeure inflexible, car celle venge sur les princes du monde entier la honte d'une de ses ancêtres, prise de force par un conquérant étranger (In questa reggia).
Elle pose les trois énigmes, et le prince inconnu les résout. Vaincue, Turandot cherche à échapper à la règle du jeu, et refuse de se livrer à l'étranger. Elle implore en vain son père, qui exige le respect de la parole donnée, mais c'est le prince qui lui offre un sursis: si elle découvre qui il est avant l'aube, il accepte de mourir.
ACTE III
L'ordre a été donné que nul ne dorme dans Pékin, et que tous recherchent le nom de l'inconnu. Le prince veille aussi, sûr de sa victoire prochaine (Nessun dorma). Les ministres lui proposent en vain de l'or, des femmes, la gloire en pays lointain, afin qu'il abandonne la partie et s'enfuie.
On amène Timur et Liù. Cette dernière proclame à être la seule à connaître le nom de l'étranger, et résiste aux supplices de l'interrogatoire. Turandot lui demande ce qui la rend si forte: l'amour, répond‑elle (Tanto amor segreto), prédisant à Turandot qu'elle sucombera bientôt à la passion du prince (Tu, che di gel sei cinta). Craignant de céder à la torture, elle se saisit du poignard d'un soldat et se tue. On emporte son corps, et Timur, ému et maudissant la foule, s'éloigne à sa suite.
[La partition achevée par Puccini s'arrête ici.]
Demeuré seul face à Turandot, le prince arrache le voile dont elle couvrait son visage, et l'embrasse longuement. Turandot est troublée, s'abandonne, et c'est un duo d'amour (Moi fiore mattutino). Le prince révèle son nom, Calaf, semblant consommer ainsi sa défaite. Mais devant le peuple de nouveau rassemblé, Turandot annonce: "Je sais le nom de l'étranger, ce nom est Amour."