傳旨官（男中音）仿佛從天而降，肅穆地宣布圣旨：“猜中公主圖蘭朵三個謎語的王子，就能娶她為妻，否則留下人頭。而波斯王子不幸失敗，所以月亮升起之時，斬！”蕓蕓眾生驚呆了（合唱）。
　　青年女子（柳兒，抒情女高音）和一位盲老人（鐵木爾，男低音）從舞臺的一角登場。老人被擁擠的人群絆倒在地，當柳兒唱起求救的旋律時，一位陌生青年男子（匿名王子卡拉夫，男高音）匆忙跑過來幫忙。從他們的對話中得知，原來這是一對失散的被滅國的皇帝和王子以及他們的女奴。
　　三人傾訴命運的劫難，王子則叮囑他們一定要小心，因為追殺他們的仇敵還在尋找著他們。
　　深夜來臨，地面煙霧騰騰，樓靈公主陰魂不散。在朦朧的月色中，羽人與樓靈對峙較量著。人群不斷地叫囂著要處斬沒有猜中謎語的波斯王子，在葬禮音樂的氣氛中，這個臉色蒼白又極其憂郁的年輕人登場了?？ɡ蛲榈赜蛩?，并呼吁公主寬恕他，詛咒殘忍的圖蘭朵公主。
　　在茉莉花的旋律引導中，冷漠孤傲的公主圖蘭朵（戲劇女高音）出現在高高的云端，卡拉夫完全被這冰美人所吸引，他不顧父親和柳兒的勸阻，充滿自信地要敲鑼猜謎。此刻他的生命已經完全投入到對圖蘭朵的愛中。
　　三個朝廷大臣平（男中音）、龐（男高音）、朋（男高音）在他們父子爭執的時候突然登場。三人不斷地揶揄卡拉夫，嘲笑他的“愛情”，譏諷他的勇氣。
　　此時，場外傳來了波斯王子被斬首前的最后一聲凄厲呼喊“圖蘭朵！”。
　　急切的鐵木爾大聲地問道：“卡拉夫難道你也要這樣去送死！”女奴柳兒也抱著一顆偷偷愛著王子的心，懇求地唱道：“主人，請聽我說”（ signore ，Ascolta)。
　　卡拉夫不顧父親和柳兒的勸阻，鼓足勇氣，用盡全身力氣敲響了將要決定命運的大鑼！
　　幕落

　　第一場
　　平、龐、朋三位大臣在深夜抱怨著自己的工作，抱怨著殘酷的圖蘭朵，并懷念著過去的田園生活。 在喧囂的人群聲中，國王要上朝了，“猜謎”即將開始。三個大臣平、龐、朋也匆匆更衣，趕去參加儀式。
　　第二場
　　群眾歡呼后，老弱的皇上（男高音）三次好心地勸阻了卡拉夫。然而卡拉夫毅然決然要求猜謎，因為只有這樣他才能得到圖蘭朵公主的心。 在茉莉花的旋律中，圖蘭朵公主正式登場，當她看見卡拉夫，便意識到她可能會被卡拉夫征服。于是，公主向卡拉夫敘述了一個古老的故事來說明她復仇的動機：她的祖先“樓靈”公主 (La Principessa Louling) 曾經被敵國擄掠，受盡侮辱。所以她要向男人們“復仇”！在她自白的詠嘆調的最后，高聲地警告卡拉夫“猜謎有三次，而一次失敗你將斃命！”，卡拉夫也毫不示弱地回答“猜謎有三次，而我能得到那一次生命！” 猜謎在緊張的氣氛中開始了，卡拉夫一步一步探索著圖蘭朵的內心世界。當三個謎底“希望、鮮血、圖蘭朵”被卡拉夫逐個猜中的時候，人民歡呼起來，終于有人猜中了答案，再也不會有血腥的殺戮了。
　　自負的公主震驚了，她沒有想到這個“陌生人”能夠猜中謎底，內心的羞辱和恐懼使得圖蘭朵無地自容，她無力地吟唱著：“父親啊，不要把我嫁給他?！被噬蠄允爻兄Z，百姓也在懇求。這時，智慧的卡拉夫在《今夜無人入睡》的旋律中給出了本劇的第四個謎語：如果第二天天亮之前，圖蘭朵能猜出他的名字，他甘愿把自己的生命奉獻給圖蘭朵。
幕落。

　　第一場
　　深夜，樓靈公主恐懼地游蕩在深宮內。傳旨官的聲音響徹夜空：“京城人民都要去打探那個外邦人的名字，否則天亮之前圖蘭朵公主會把你們全部問斬！”宮內宮外，全城百姓人人皆畏。
　　這時，卡拉夫吟唱著《今夜無人入睡》（Nessun dorma！原文為祈使句，直譯為“沒有人可以睡覺！”）的詠嘆調登場。平、龐、朋像瘋了似地找到他，威脅他，用美女和金錢誘惑他，請他離開京城，放棄圖蘭朵，遭到了卡拉夫的拒絕。于是，平、龐、朋又逮捕了鐵木爾和柳兒。 　　在茉莉花的旋律中，圖蘭朵第三次出場，親自審訊鐵木爾和柳兒。柳兒為了保護卡拉夫和鐵木爾，勇敢地承擔了痛苦與折磨，并向公主講述著神圣的愛情。圖蘭朵不理解柳兒是憑借怎樣的力量不肯說出這個外鄉人的名字。柳兒預言公主最終也會愛上卡拉夫，“當黎明來臨時，公主會愛上卡拉夫，而我將閉上疲憊的雙眼”，柳兒自盡了。在場所有的蕓蕓眾生都被柳兒深深感動，吟唱起送葬的歌。（寫到這里，普契尼大師溘然長逝。）
　　第二場
　　至此，進入中國國家大劇院版《圖蘭朵》重新闡釋的結尾——最后18分鐘。
　　一切都變了，有如黑暗終將離去，黎明終會到來一樣：圖蘭朵變了，卡拉夫變了，整個世界改變了。圖蘭朵仰視著被羽人引向云端的柳兒，自己仿佛從云端墜入深淵。她鞭打著平和布丁包，仿佛在鞭打自己的靈魂。 卡拉夫憤怒地指責圖蘭朵，公主無力地為自己辯解?？ɡ蛞徊讲秸鞣斯?，深深地吻了她。 此刻雙簧管獨奏奏響柳兒主題，暗示著柳兒心中“無言”的愛也開始在公主的心中慢慢覺醒，無數羽人從天而降（童聲合唱“天將亮，天將亮”）。圖蘭朵公主獲得了一生中第一次的愛，流下了一生中的第一滴眼淚。一切都變了，仿佛空氣都變得溫柔。圖蘭朵輕聲吟唱著詠嘆調“第一滴眼淚”（Del Primo Pianto）。她請求卡拉夫：“你走吧，帶著你的謎底走吧……”。此刻的卡拉夫也被公主絕望的表白感動，主動地告訴她：“我叫卡拉夫，鐵木兒的兒子”。瞬間，公主被卡拉夫真誠的愛所激勵，大聲地說：“來吧，握住我的手，站在人民的面前?！? 圖蘭朵公主也向父親告白：“我知道了這個異鄉人的名字，那就是愛?！?br> 　　全場高唱著愛的旋律，羽人們接出了卡拉夫的父親鐵木爾。驕傲的公主圖蘭朵向鐵木爾深深行了一個禮。