【第1幕】古代の北京。戦いに敗れ、女奴隷のリューとともに放浪中の老王ティムールは、息子の王子カラフと再会し、無事を喜び合う。皇女トゥーランドットが無言で姿を見せ、人々はひれ伏す。カラフは皇女の美しさに魅せられ、3つの謎を解き明かせば彼女が自分のものになると知り、謎に挑戦する。

【第2幕】3人の大臣が、皇女のせいで命を落とした異国の王子たちを思い返す。宮殿前の広場に人々が集まり、トゥーランドットが「謎が解けなければ死をもって報いる」と告げる。しかし、カラフはすべての謎を見事に解き明かす。狼狽する皇女に、カラフは自分の名を謎として与える。

【第3幕】皇女の命で人々は一睡もせずに異国の王子の名前を調べている。カラフが自らの決意をアリア〈誰も寝てはならぬ〉で歌い上げる。ティムールとリューが捕えられる。リューは「若者の名前は自分だけが知る」と訴えた後、自害する。人々が去った後、カラフは皇女に愛を語り、口づけをする。心を開いたトゥーランドットは、カラフの名を「愛」であると叫ぶ。