Die Mauern der großen Violetten Stadt. Auf dem großen Platz von Peking in einer nicht genauer bestimmten Epoche: ein Mandarin verkündet der Menge einen Erlass der grausamen Turandot: die Prinzessin wird nur den Mann heiraten, dem es gelingt, drei Rätsel zu lösen, die sich die Prinzessin ausgedacht hat; andernfalls wird der Bewerber hingerichtet. Dies ist das Schicksal des unglücklichen Prinzen von Persien, der durch die Hand des Henkers sterben wird, sobald der Mond aufgeht. Das Volk erwartet erregt dieses Schauspiel. Der alte Timur, von der jungen Sklavin Liù begleitet, wird im Getümmel zu Boden geworfen. Prinz Calaf eilt ihm schnell zur Hilfe und erkennt den Vater wieder, den entthronten König der Tartaren. Beide müssen ihre Identität geheim halten um der Verfolgung durch die Feinde, die ihnen ihr Land genommen haben, zu entgehen. Calaf hört von Timur die Geschichte seiner Flucht, dann fragt er Liù, warum sie dem alten König so selbstlos zur Seite stehe. Sie antwortet, sie tue dies in Erinnerung an den Tag, an dem ihr Calaf in seinem Palast zulächelte. Die Volksmenge verlangt inzwischen ungeduldig die Hinrichtung. Der Mond ist aufgegangen; vom Gesang junger Leute, von Priestern und Würdenträgern des Hofes begleitet wird der persische Prinz zur Richtstätte geleitet. Die Menge hat Mitleid mit dem schönen Opfer und fordert lautstark seine Begnadigung. Aber Turandot, die kurz auf den Zinnen der Mauer erscheint, kennt keine Gnade. Die Schönheit der Prinzessin macht großen Eindruck auf Calaf. Er beschließt sich der Prüfung zu unterziehen, die Rätsel zu lösen. Umsonst versuchen Timur, dann Liù und schließlich die drei Minister Ping, Pong und Pang ihn von seinem Plan abzuhalten. Der Prinz bleibt bei seiner Entscheidung, auch als er hört, welche Verbrechen bei Hof verübt werden. Auch das traurige Bitten Liùs hilft nichts, ebenso wenig der Anblick des abgeschlagenen Hauptes des Prinzen von Persien. Das Gesicht der Prinzessin hat ihn verzaubert, und Calaf macht seine Entscheidung öffentlich, indem er drei Mal gegen den großen Gong schlägt. Dann geht er seinem Schicksal entgegen.
Ein von einem großen Zelt gebildeter Pavillon, der mit phantastischen chinesischen Figuren geschmückt ist. Ping, Pong und Pang beklagen den Niedergang Chinas; sie gedenken der glücklichen Zeiten, als es die grausame Prinzessin noch nicht gab, als sie ihr ruhiges Leben lebten, weit weg vom kaiserlichen Hof. Während die Vorbereitungen für die Prüfung Calafs weitergehen, hoffen die drei, dass Turandot endlich die Liebe entdecken möge und die Hinrichtungen ein Ende haben. Schon eilt ihre Phantasie zu der ersten Nacht der Liebe der Prinzessin, für die sie das Himmelbett vorbereiten werden. Ein Marsch verkündet den Beginn der Prüfungszeremonie.
Platz vor dem kaiserlichen Palast. Der kaiserliche Hof nimmt Platz auf der Treppe in der Mitte des grossen Platzes vor dem Palast. Die acht Weisen bringen die Rollen mit der Lösung der Rätsel, nach und nach füllt sich der Platz mit Menschen. Der alte Kaiser beschwört Calaf, auf die Prüfung zu verzichten und sich zurückzuziehen. Er ist des Blutvergießens müde. Aber auch er redet umsonst, denn der Prinz ist fest entschlossen. Turandot erscheint und mustert den Unbekannten kühl. Sie erklärt ihr grausames Verhalten mit der Geschichte einer Urahne, die von einem fremden Eroberer verraten wurde. Er hatte die Stadt geplündert und sie ins ferne Exil mitgenommen, wo sie vor Kummer starb. Dann stellt sie Calaf die drei Rätselfragen, die der Prinz eine nach der anderen beantwortet. Turandot jedoch will ihre Niederlage nicht zugeben und bittet ihren Vater, sie nicht dem Fremden auszuliefern. Es ist Calaf, der großzügig auf seinen Sieg verzichtet. Er schlägt seinerseits eine Prüfung für Turandot vor: wenn die Prinzessin bis zum Morgengrauen seinen Namen erraten haben wird, wird er sterben, so als habe er Turandots Rätsel nicht gelöst. Die Prinzessin nimmt an, und alle hoffen auf einen Sieg des Fremden.
Der Garten des Kaiserpalasts. Es ist Nacht. Die Stimmen der Herolde verkünden Turandots Befehle: niemand in Peking darf schlafen, bei Todesstrafe, solange bis der Name des fremden Prinzen nicht gefunden worden ist. Calaf wartet ruhig auf den Sonnenaufgang, von seinem Sieg überzeugt. Ping, Pong und Pang erscheinen und bieten ihm alles, was ein Mensch nur wünschen kann: schöne Mädchen, Reichtümer, Ruhm und Freiheit, wenn er nur seinen Namennennt. Aber der Prinz ist weder durch Versprechungen, noch durch Drohungen zu überzeugen. Bei seiner letzten Weigerung zerren die Soldaten Timur und Liù herbei. Man vermutet, dass sie wissen, wer der Unbekannte ist. Turandot befiehlt, Timur zu foltern, aber da tritt Liù hervor und erklärt, sie sei die Einzige, die den unbekannten Prinzen kenne. Sie stellt sich Turandot entgegen, verrät ihr Geheimnis auch unter der Folter nicht und gibt sich schließlich selbst den Tod um den geliebten Mann zu retten. Die Volksmenge ist tief beeindruckt von Liù’s Opfer. Turandot und Calaf bleiben allein: er wirft ihr ihre Grausamkeit vor, reißt ihr den Schleier vom Gesicht, nimmt sie leidenschaftlich in die Arme, küsst sie und überwindet so ihren Widerstand. Turandot weint in den Armen des Prinzen, der ihr endlich die Liebe erschlossen hat. Der Morgen graut: Calaf enthüllt selbst seinen Namen und legt damit sein Schicksal in die Hände Turandots. Trompetenstöße verkünden die Ankunft des Hofes. Vor dem kaiserlichen Palast. Der Kaiser besteigt seinen Thron, umgeben von den Höflingen. Eine große Menge füllt den Platz. Oben auf der Treppe erscheint Turandot: sie kennt nun den Namen des unbekannten Prinzen: er heißt “Amore”. Calaf eilt zu ihr und umarmt sie, während das Volk in Jubel ausbricht.
