Argument
Acte I

Bref prélude : exposition du « thème japonais » allegro vigoroso qui réapparaîtra tout au long de l'opéra mais à chaque fois quelque peu modifié.

À Nagasaki, en 1904, Goro, entremetteur, fait visiter à B.F.Pinkerton, officier américain de passage, la maison que ce dernier vient d’acheter. Il lui présente ses serviteurs dont Suzuki, la servante de sa jeune fiancée, Cio-Cio-San dite « Madame Butterfly ».

Puis arrive le consul américain Sharpless. Pinkerton lui explique que les contrats de location, ici, sont très précaires. On signe pour 999 ans mais on peut se dédire chaque mois ! C’est pareil pour les contrats de mariage (Air « Dovunque al mondo, lo yankee vagabondo »1).

Sharpless le met en garde et l’avertit de la candeur et de la sincérité de Butterfly. Pinkerton prend ce mariage comme un passe-temps et lui explique qu’il se mariera plus tard avec une « vraie épouse Américaine » (« una vera sposa americana »).

Arrivée de Butterfly en tête d’un magnifique cortège avec ses amies et ses parents (Air « Ecco ! Son giunte »). Elle chante son bonheur. Pinkerton est sous le charme mais prend le mariage au second degré (« Che burletta (en) »2) malgré les avertissements répétés de Sharpless.

Ils entrent dans la maison. Elle lui montre quelques petits objets qu’elle a emportés, le poignard avec lequel son père s’est suicidé et les Ottokés, statuettes symbolisant les âmes de ses ancêtres. Elle lui avoue s’être convertie au « Dieu des Américains » par amour pour lui.

Le commissaire impérial célèbre la cérémonie de mariage. Tout le monde trinque (Chanson de l'oncle Yakusidè supprimée dans la seconde version) et se réjouit quand soudain, apparition quasi-surnaturelle, l’oncle bonze surgit ! Il maudit Butterfly qui a renié sa famille et ses ancêtres. Moment d’une grande intensité dramatique, Pinkerton défend Butterfly et chasse le bonze.

Restés seuls, il la réconforte. Le premier acte s’achève sur un très beau duo d’amour (« Viene la sera »3). Elle se sent « seule … et reniée, reniée… et heureuse » (« Sola e rinnegata ! rinnegata e felice ! »). Comme le papillon, elle est épinglée pour la vie !
Acte II

Trois ans se sont écoulés depuis le départ de Pinkerton et Butterfly l’attend toujours. Entre temps, sa situation financière s’est dégradée. Suzuki prie pour que Butterfly cesse de pleurer, mais sans grand espoir (« On n’a jamais vu un mari étranger revenir au nid »), tandis que Butterfly prie le Dieu américain. Elle espère le retour de Pinkerton à la « saison où les rouge-gorges font leur nid » comme il lui avait promis (Aria de Butterfly « Un bel dì vedremo…»4).

Goro et Sharpless rendent visite à Butterfly. Goro lui présente de riches prétendants, dont le prince Yamadori. Mais elle les éconduit tous car elle se considère encore comme mariée.

Sharpless commence à lui lire une lettre où Pinkerton lui annonce que c’est fini, mais il n’ose terminer. Bouleversée, elle promet qu’elle se tuera s’il ne revient pas. Puis, elle lui présente son enfant, dont Pinkerton ignore l’existence (« Che tua madre dovrà »). Elle préfère mourir plutôt que redevenir geisha. Sharpless se retire, promettant de prévenir Pinkerton. Pendant ce temps, Goro rôde autour de la maison, répandant le bruit que l’enfant n’a pas de père.

Coup de canon ! Le navire « Abraham Lincoln » de Pinkerton entre au port et Butterfly l’aperçoit avec sa longue-vue. Butterfly et Suzuki décorent la maison avec toutes les fleurs du jardin. Butterfly s’habille comme au premier jour pour accueillir Pinkerton.
Acte III

Butterfly veille toute la nuit avec son enfant et au petit matin elle s’endort épuisée.

Pinkerton et Sharpless arrivent alors à la maison avec Kate, la nouvelle épouse américaine de Pinkerton. Il demande à Suzuki de lui confier l’enfant pour assurer son avenir (Trio Pinkerton-Suzuki-Sharpless). Sharpless reformule à Pinkerton ses reproches (« Ve dissi »5). Pinkerton éprouve un remords sincère (Air « addio, fiorito asil »6) mais s'enfuit lâchement.

Kate demande l’enfant à Suzuki et promet d’en prendre soin. Butterfly se réveille, aperçoit Kate et comprend la vérité. Désespérée, elle consent à donner son fils à Pinkerton à condition qu’il vienne le chercher lui-même.

Alors que Pinkerton revient, Butterfly se donne la mort par jigai, avec le sabre de son père sur lequel sont gravés ces mots : « Celui qui ne peut vivre dans l’honneur meurt avec honneur ».