Esta partitura de Puccini, una página magistral, es una ilustración perfecta de la acción. Orquestalmente, es una de sus obras más interesantes, con multitud de matices y una intensidad expresiva sumamente notable. El mismo Puccini mostró su satisfacción durante el período en que componía la obra: "Creo hacerlo bien. En cuanto al libreto (excepto unas pocas cosillas) está tan perfectamente construido y es tan lógicamente justo, que me sumerjo gustosamente en él con enorme placer. La embajadora del Japón ha estado conmigo muchas veces y ha escrito a Tokio para que envíen canciones populares japonesas".

Un grave accidente de coche le obligó a una forzada inmovilidad en una silla de ruedas. Este período de inactividad, que tuvo que prolongarse por complicaciones de origen diabético, retrasó la conclusión de la partitura. Tras una fría acogida inicial, tres meses después subía la obra otra vez a un escenario con algún retoque y estructurada en tres actos. El éxito fue extraordinario y de allí arrancó la ininterrumpida carrera de triunfos para esta popularísima obra. El argumento gira, casi exclusivamente en torno a la figura femenina que da nombre a la obra. El personaje masculino, Pinkerton, ocupa apenas una página en la partitura.

Casita japonesa, en una colina cercana a la ciudad, rodeada de un jardín totalmente cubierto de flores. De paso en Nagasaki, por unas maniobras de la escuadra norteamericana, el teniente Pinkerton desea gozar de la compañía de una joven, mientras permanezca en el país. Goro, el casamentero, encargado de esta misión, llega hasta la villa que ocupa la ingenua y dulce Cio-Cio-San, y le propone la unión en matrimonio con el oficial americano. El matrimonio duraría mientras él permaneciera en la isla. Después quedaría libre la joven para buscarse otro marido, Pinkerton conoce a Suzuki, criada de la joven, y por ella y Goro conoce detalles de la familia de su novia, a la que cariñosamente llama Butterfly. La joven acepta el trato, pero, es tal el amor que siente hacia el apuesto oficial, que no le complace la boda al estilo japonés; ella quiere unirse a Pinkerton para siempre.

Pinkerton describe con ligereza los encantos de su pequeña geisha. El cónsul americano Sharpless, dándose cuenta de la sinceridad de sentimientos de la joven, y la superficialidad con que Pinkerton considera la unión, aconseja a su amigo, rogándole prudencia, le pide disuada a la joven de su ingenuo propósito. La falta de sinceridad de Pinkerton hace que el Cónsul se compadezca de ella. Madamme Butterfly de manera ceremoniosa presenta su familia a su futuro esposo. La boda se lleva a término, presidida por el oficial Yakuside. Se formulan los juramentos de ritual, se llenan las copas y se brinda en un gran ambiente de fiesta.

Butterfly y sus amigas cantan a la primavera y al amor, mientras Sharpless advierte una vez más a Pinkerton que la joven le ama sincera y profundamente; por él ha adoptado su religión, creencias y costumbres, renunciando a las propias. Mientras reciben las felicitaciones de los familiares, un tío de la desposada, monje budista, recrimina a la novia su apostasía. Sus familiares unen sus voces a las del religioso, hasta que Pinkerton hecha a todos de la casa. Está indignado por la desagradable interrupción, si bien en el fondo divertido por lo pintoresco de estos sucesos, aunque en ellos se juegue el corazón su romántica esposa. Butterfly llora amargamente y es consolada por Pinkerton, hasta que el encanto de la noche ejerce su maravilloso influjo. Los enamorados abren su corazón en un espléndido dúo, tierno y apasionado.

Interior de la casa de Cio-Cio-San. Han pasado tres años y Butterfly está sola con su hijo y la fiel Suzuki. A los pocos meses de matrimonio Pinkerton regresó a América. Al despedirse prometió a su esposa que volvería muy pronto, cuando "el petirrojo haga de nuevo su nido".

La primavera ha vuelto, con sus flores y bonanzas, y también el petirrojo ha hecho su nido. Pero son ya tres los nidos que lleva construídos el pequeño pájaro. La japonesita fiel a su marido y a su hijo, espera. Día tras día, con paciencia y sin faltar a su palabra, sigue esperando. A pesar de su miseria, cuida la casa donde conoció la felicidad y espera en vano.

Suzuki, completamente desengañada, implora a los dioses el regreso de su amo. Butterfly, mientras, espera y sueña la llegada de un navío..."Un vel di vedremo...’ y las tiernas palahras de su esposo cuando la abrace. Goro ha presentado a Butterfly varios pretendientes. El último es el noble y rico Yamadori, noble japonés enamorado de Butterfly, que la pretende seriamente en matrimonio. Ella no puede aceptarlo; está casada, tiene un hijo, y espera el retorno de su marido.

El Cónsul americano visita a Butterfly. Ha recibido una carta de Pinkerton con un recado para ella. Pinkerton quiere que su amigo informe a Butterfly de que se ha casado de nuevo en América y trae a su esposa a Nagasaki. Es tal el gozo de la joven, al contemplar la escritura de su amado y saber de su inmediata llegada, que Sharpless no tiene valor para completar su cometido. Goro insiste a Butterfly en la posibilidad de unirse con el rico Yamodori; ella se niega con mayor rotundidad que nunca. También el Cónsul insiste en la conveniencia de aceptar el enlace que le proponen. Butterfly les muestra a su tierno hijo, nacido de sus amores con el teniente, y que tiene todos los derechos legales a ostentar la nacionalidad americana. Sharpless pregunta a Butterfly que haría si Pinkerton no regresara. Ella duda, tal vez se quitara la vida, tal vez volviera a su antigua vida de geisha.

El Cónsul presintiendo una inevitable tragedia, abandona la casa tristemente. No ha sido capaz de dar el comunicado a la joven. Se oyen las salvas, a lo lejos, que anuncian la llegada del buque Butterfly ha visto ya el navío de su esposo. El Cónsul se equivocaba Pinkerton vuelve. Llena de felicidad y ayudada por su fiel Suzuki, adorna la casa con las flores más bellas, para recibir dignamente a su amado. Anochece lentamente, Suzuki se adormece en un rincón con el pequeño en brazos, mientras Buttertlfy vigila ansiosamente para advertir la llegada de Pinkerton.

Butterfly sigue esperando. Las dos mujeres llevan esperando inútilmente toda la noche. Sorprendidas por las primeras claridades del amanecer, Butterfly, rendida por la fatiga, se retira a descansar. Así la encuentran Pinkerton y Sharpless. Pinkerton y su esposa Kate, han venido a persuadir a Butterfly para que les deje el niño a su cuidado. Suzuki cuenta al oficial con cuanta fidelidad ha sido esperado. Vencido por los remordimientos, Pinkerton no puede resistir la visión de tantos recuerdos de felicidad y la fiel espera de su Butterfly. Ante la punzante evocación, se retira, decidido a marcharse sin verla.

Sharpless promete a Pinkerton cuidar de su hijo y le reprocha su imperdonable proceder. Kate, la esposa del oficial, promete adoptar al hijo de su esposo y de Buttertfly. La fiel sirvienta esta horrorizada pensando en la desgarradora conmoción que producirá en su ama. Buttertfly sale precipitadamente y, al ver a la dama extranjera con el Cónsul , comprende al momento toda la verdad. Butterfly reacciona humildemente; sabe que Pinkerton y su esposa americana están dispuestos a adoptar a su hijo y, comprendiendo que no hay esperanza, le pide venga a recogerlo en media hora. Butterfly queda sola con su hijo y le abraza. Acariciándolo por última vez se despide de él con emoción. Regresa Pinkerton y cuando la llama, desde fuera, ya es tarde. Butterfly ha dejado de existir.