En la ciudad de Nagasaki, el imperio japonés se abre por primera vez a Occidente. Pinkerton, oficial de la cañonera norteamericana Lincoln, se casa con la Joven Cio-Cio San (Butterfly). La joven, al convertirse al cristianismo, religión de su esposo, es despreciada y expulsada de la familia.
Pinkerton abandona Nagasaki y pasan tres años sin tener noticias de él. En todo ese tiempo, Butterfly permanece fiel a su amor…a pesar de su soledad, solo mitigada por la presencia de su amiga y criada Suzuki.
Por fin Pinkerton vuelve, felizmente casado con Kate y, al descubrir la existencia de un hijo de su unión con Cio-Cio San, decide pedirle que deje que se lo lleve a América, donde podrá educarle sin pasar penurias económicas.
Butterlfy ve desaparecer el amor que tanto ha guardado y eso pondrá fin a todas sus ilusiones.