ACTO I.
Una plaza pública en Pekín al lado del palacio imperial.
Un mandarín pregona el último decreto del Emperador: la Princesa Turandot desposará al primer pretendiente de linaje real que consiga resolver sus tres acertijos; quienes fracasen serán decapitados. La ejecución de la última víctima, el Príncipe de Persia, despierta la expectación de la multitud. Entre el tumulto, el Príncipe Calaf, de incógnito, reconoce a su padre, el Rey Timur, que oculta su identidad para esconderse del usurpador de su trono, y al que acompaña Liù, una joven esclava. Los asistentes del verdugo afilan las hachas, y al descubrir la pálida belleza del Príncipe de Persia, la multitud pide clemencia. Pero sus ruegos son en vano: Turandot confirma la condena. Como a tantos otros antes, la belleza de la Princesa abruma a Calaf, que, desoyendo a su padre, decide probar fortuna. Ping, Pang y Pong le impiden anunciarlo e intentan hacerle cambiar de idea, pero ni los fantasmas de pretendientes decapitados ni la visión de la cabeza del Príncipe de Persia le amilanan. Timur y Liù lo intentan también, pero el Príncipe da los tres golpes rituales en el gong que anuncia su pretensión.

ACTO II.
Escena 1: Un pabellón.
Ping, Pang y Pong cavilan sobre la reciente historia de China, deploran el excesivo número de ejecuciones, y lamentan no poder disfrutar de sus apacibles vidas en el campo. Mientras en el exterior la multitud se deleita ante una eventual decapitación más, los ministros sueñan despiertos con la boda que aplacaría la furia de la Princesa y restablecería la calma en todo el país.

ACTO II.
El patio del palacio.
Mientras la multitud aguarda expectante, el Emperador Altoum, afligido ante la probable suerte de Calaf, hace un último intento por disuadirle, en vano. El mandarín vuelve a proclamar el decreto imperial, y aparece la Princesa, increíblemente bella en su regia vestimenta. Turandot cuenta la historia de su antepasada, la Princesa Lo-u Ling, que fue violada y asesinada por unos soldados extranjeros. Para vengarla su memoria y reparar el ultraje, ella ha jurado acabar con la vida de cualquier hombre que se atreva a desearla. A continuación propone los acertijos al incauto pretendiente, quien, ante el asombro de todos, consigue resolverlos. El triunfo de Calaf solivianta a la Princesa, quien suplica a su padre que la dispense de su promesa, pero el Emperador se niega. Dispuesto a ganar el corazón de su adorada Turandot, el Príncipe le ofrece un trato: si es capaz de descubrir su nombre antes del amanecer, la liberará de su promesa para poner fin a sus días en el patíbulo. El Emperador acepta gustoso, con la esperanza de que Calaf se convierta en su yerno al nacer el día.

ACTO III.
Los jardines del palacio (por la noche).
La Princesa ha ordenado que, bajo pena de muerte, nadie duerma en la ciudad hasta que el nombre del Príncipe sea descubierto. Calaf está tan seguro de su victoria que, cuando Ping, Pang y Pong le acosan para que acepte mujeres, joyas y gloria a cambio de su secreto, las rechaza rotundamente. De repente, entre la multitud que rodea a Calaf amenazándole de muerte con sus dagas, aparecen los guardias imperiales arrastrando a Timur y Liù. Ante el regocijo general, varios testigos aseguran haber visto al Príncipe conversar con ellos y reclaman la presencia de la Princesa. Turandot interroga al anciano rey, pero la esclava sale inmediatamente en su defensa, afirmando ser la única que conoce el nombre del Príncipe. Ping la amenaza en vano con terribles torturas: Liù se niega a revelar el secreto. Su entereza sorprende a la Princesa, y la esclava confiesa que la única fuente de su fuerza es el amor, la misma fuerza a la que Turandot sucumbirá muy pronto. Furiosa, la Princesa ordena a los verdugos que torturen a la esclava. Liù siente que su resistencia ha llegado al límite y, temerosa de traicionar a su señor, se quita la vida con la daga de uno de los guardias. Atemorizado y confuso, el anciano rey ciego ruega a Liù que se levante, pero Ping le confirma brutalmente su muerte. Su cuerpo es llevado en procesión por una multitud imbuida del más profundo respeto. A solas con Turandot, Calaf le reprocha su crueldad. La Princesa protesta y se defiende horrorizada de sus avances, pero termina por sucumbir a un apasionado beso, su primer beso. Humillada y vencida, Turandot admite que la extrema confianza de Calaf le hizo odiarle y amarle desde la primera vez que le vio. Al llegar el alba, el Príncipe pone su vida en manos de su amada confesando su nombre. En el patio del palacio imperial. Ante su padre y la multitud que le rodea, Turandot declara que por fin conoce el nombre del extranjero: se llama "Amor".