Действие оперы разворачивается на маленькой японской вилле, в окрестностях Нагасаки. Американец Пинкертон, офицер флота, собираясь жениться на юной гейше Чио-Чио-сан по прозвищу Баттерфляй, снял этот домик в аренду. Молодой повеса, привыкший «срывать цветы, где только можно», воспринимает брак, который должен состояться по японскому обычаю, как еще одно романтическое приключение.
Совсем иначе относится к этому событию Чио-Чио-сан. Она любит искренне и самоотверженно защищает свою любовь. Чувство маленькой японки бездонно как море, горе, постигшее ее, — безмерно...