Rok 1900, Nagasaki. Porucznik Pinkerton przebywa w japońskim porcie. Dzięki Goro poznaje młodą dziewczynę, zwaną Butterfly. Mają zawrzeć tradycyjny japoński ślub. Butterfly przechodzi na chrześcijaństwo i zrywa stosunki ze swoją rodziną. W czasie ślubu przychodzi wuj Butterfly, Bonza. Przeklina ją za wyrzeczenie się rodziny i wiary. Wkrótce po ślubie Pinkerton odpływa. Przez trzy lata Butterfly czeka na niego z synkiem. Konsul Sharpless mówi jej, że Pinkerton już nie przybędzie. Ona jednak nie chce temu wierzyć. Odrzuca zaloty księcia Yamadori. Prosi Sharplessa, aby zawiadomił Pinkertona, że czeka tu na niego z synkiem. W końcu okręt Pinkertona przypływa do portu. Butterfly przygotowuje się na przyjęcie męża. Zapadł zmrok, a Pinkerton dalej nie przychodzi...