Es ist der Heilige Weihnachtsabend. Vom Fenster der Mansarde aus betrachtet Rodolfo die mit Schnee bedeckten Dächer von Paris. Marcello arbeitet inzwischen an einem Bild. Vor Kälte zitternd schimpft Rodolfo auf den erloschenen Kamin; Marcello schlägt vor, ihm einen Stuhl zu opfern, aber Rodolfo verbrennt lieber das Manuskript des Dramas, an dem er arbeitet. Colline kommt hinzu; auch er erwärmt sich an dem schwachen Feuer. Kurz danach erscheint Schaunard: er bringt Lebensmittel, Holz, Zigarren und Wein, Lohn, den ihm ein reicher englischer Lord zahlte. Die vier Freunde beschließen, im Quartier Latin zu feiern. Da klopft es an der Tür: es ist Benoît, der Hausbesitzer, der seine Miete einkassieren möchte. Die vier empfangen ihn herzlich, geben ihm zu trinken und schmeicheln ihm; dann jedoch sind sie anscheinend entsetzt über seine Liebesabenteuer und verscheuchen ihn aus ihrer Mansarde. Marcello, Schaunard und Colline gehen ins Quartier Latin, während Rodolfo, der noch einen Artikel fertig schreiben muss, allein zurückbleibt. Bald klopft es schüchtern an der Tür: es ist Mimì, die Nachbarin, deren Licht ausgegangen ist. Mimì ist vom Treppensteigen sichtlich erschöpft, Rodolfo bietet ihr einen Stuhl an und gibt ihr etwas Wein zu trinken. Ihre Blässe fällt ihm auf. Mimì geht es besser, sie verabschiedet sich und bemerkt, dass sie ihren Hausschlüssel verloren hat. Rodolfo hilft ihn zu suchen; aber als er den Schlüssel findet, nimmt er ihn an sich, denn er will sich nicht gleich von dem Mädchen verabschieden. Er fasst nach Mimìs Hand und erzählt kurz von sich selbst: er ist Dichter und lebt – arm wie er ist – so in den Tag hinein. Mimì antwortet und berichtet ihrerseits über ihr Leben und ihre Träume. Rodolfo umarmt sie, bietet ihr den Arm und gemeinsam gehen sie zum Quartier Latin.
Im Quartier Latin, die vier Freunde schaffen sich Platz unter der Menge und den Verkäufern, die die Straßen des Viertels bevölkern. Sie wollen zum Caffè Momus. Rodolfo schenkt Mimì eine rosa Haube, dann stellt er das Mädchen den Freunden vor. Von weitem sieht Marcello Musetta, mit der er gestritten hat, in die er aber noch sehr verliebt ist. Begleitet von dem alten Staatsrat Alcindoro, ihrem “Cavalier servente”, bemerkt Musetta Marcello, der sie seinerseits nicht zu bemerken scheint. Also provoziert sie ihn und singt einen Walzer mit sehr deutlichem Text. Dann schickt sie den alten Alcindoro weg: ihr Fuß tue ihr weh, er solle neue Schuhe kaufen. Marcello ist überwältigt: er und Musetta fallen sich in die Arme. Als der Staatsrat zurückkommt, ist niemand mehr da; nur die Rechnung muss bezahlt werden.
Die Barrière d’Enfer. Einige Zeit ist vergangen. An einem kalten Wintermorgen, im Morgengrauen, öffnen die Zöller die Schranken der Barrière d’Enfer, um die Straßenkehrer, die Kutscher und die Bäuerinnen hereinzulassen. Aus einem Lokal hört man Geschrei und Lachen. Zu der Schranke kommt auch Mimì, die von Hustenanfällen geschüttelt wird und nach Marcello fragt. Dieser kommt aus dem Lokal und ist überrascht, Mimì hier zu finden. Sie vertraut ihm an, sie wolle sich von Rodolfo trennen, dessen Eifersucht ihre Existenz vergifte. Mimì versteckt sich, als auch Rodolfo aus dem Lokal kommt. Rodolfo nennt dem Freund den wahren Grund für die Trennung von Mimì: Mimì ist schwer krank und er hat nicht das Geld, um ihr die Hilfe zu geben, die sie braucht. Mimì hat alles mitgehört, sie verlässt ihr Versteck und umarmt Rodolfo zärtl ich. Marcello hört das laute Gelächter von Musetta und geht schnell in das Lokal zurück. Mimì verabschiedet sich von Rodolfo und gibt ihm zur Erinnerung die rosa Haube, sein Geschenk. Aber beiden fehlt die Kraft für eine Trennung. Sie beschließen, zusammen zu bleiben bis zum April, bis zum Frühling, der Jahreszeit der Blumen. Musetta und Marcello streiten inzwischen heftig.
Einige Wochen sind vergangen. Rodolfo und Marcello versuchen, sich auf ihre Kunst zu konzentrieren, ohne großen Erfolg. In Wirklichkeit denken sie nur an Mimì und Musetta, beide fern von ihnen, und versuchen ihren Schmerz zu verbergen. Schaunard und Colline kommen. Sie bringen nur wenig zu essen, aber die vier Freunde veranstalten ein fröhliches Bankett mit den mageren Lebensmitteln. Die Szene wird plötzlich durch das Erscheinen von Musetta unterbrochen: Sie hat Mimì mitgebracht, der es sehr schlecht geht. Sie ist dem Tod nah. Rodolfo hilft Mimì sich auf das Bett zu legen und nimmt ihre Hände um sie zu wärmen. Musetta schickt Marcello nach unten: er soll ihre Ohrringe verkaufen, damit man Medizin kaufen kann. Außerdem soll er den Arzt rufen. Sie selbst wird nach einem Muff suchen. Colline verzichtet auf seinen alten Mantel. Er wird ihn verpfänden, und er geht zusammen mit Schaunard. Mimì bleibt allein mit Rodolfo, und macht ihm eine letzte, qualvolle Liebeserklärung. Die beiden erinnern sich an die glücklichen Augenblicke ihrer ersten Begegnung. Mimì hatte Rodolfos List mit dem Schlüssel sehr wohl bemerkt, aber sie spielte mit. Die Freunde kommen zurück. Mimì schläft ein und stirbt einen sanften Tod . Rodolfo bleibt in Verzweiflung zurück.
