Golaud si è smarrito nella foresta inseguendo un cinghiale. Scorge una fanciulla sola, che piange al bordo di una fontana. La interroga e ne riceve solo risposte vaghe e impaurite: qualcuno le ha fatto del male, si chiama Mélisande e ha perduto nell’acqua della fontana una corona. Golaud le offre di portarla con sé e la fanciulla acconsente. 

In un appartamento del castello, Geneviève legge al vecchio Arkël, re d’Allemonde, una lettera di Golaud al suo fratellastro Pelléas, nella quale gli comunica d’aver sposato da sei mesi una bellissima fanciulla, di cui però ignora tutto. Vuole tornare al castello ma teme l’ira di Arkël: se vedrà una torcia accesa sulla torre, sarà segno che la sua nuova sposa è bene accetta. Entra Pelléas, che manifesta l’intenzione di partire per recar visita a un amico moribondo. Arkël lo trattiene, ricordandogli che anche suo padre è in fin di vita. Geneviève invita Pelléas ad accendere la torcia sulla torre 

Mélisande, accompagnata da Geneviève che cerca di rincuorarla, è all’ingresso del castello. Giunge Pelléas e annuncia un’imminente tempesta di mare. Geneviève lo prega di tener compagnia a Mélisande mentre lei s’occuperà del piccolo Yniold. Pelléas annuncia alla cognata che forse partirà l’indomani. 

Davanti a una fontana nel parco, Pelléas e Mélisande stanno conversando. La fanciulla vorrebbe toccare l’acqua della fontana, ma è troppo profonda; vi immerge i suoi lunghissimi capelli, poi gioca con l’anello che le ha regalato Golaud, finché l’anello le sfugge di mano e si perde nell’acqua: non sarà più possibile recuperarlo. Mélisande si chiede allora cosa potrà raccontare a Golaud: «la verità, la verità», le risponde Pelléas 

Golaud è costretto a letto per una caduta da cavallo; racconta che l’animale s’è imbizzarrito proprio mentre suonava mezzogiorno (cioè nel momento esatto in cui Mélisande perdeva il suo anello). Mélisande, al suo capezzale, scoppia in lacrime; Golaud le chiede se qualcuno le abbia fatto del male, ma Mélisande risponde che neppure lei sa la causa della sua infelicità, forse la colpa è del lugubre aspetto del castello, dal quale vorrebbe andar via. Golaud la consola e nel prenderle le mani si accorge che non ha più il suo anello al dito. Mélisande dice d’averlo perduto in riva al mare, davanti alla grotta, e Golaud le impone d’andarle a cercare, facendosi accompagnare da Pelléas 

Di notte, i due cognati si sono recati alla grotta, perché Mélisande sia in grado di descriverla in caso Golaud glielo chieda. Un raggio di luna spezza l’oscurità e nel fondo della grotta appaiono le sagome di tre vecchi mendicanti addormentati. Mélisande si spaventa e chiede a Pelléas di ricondurla subito al castello. 

Di notte, affacciata alla finestra della torre, Mélisande si pettina. Pelléas si avvicina ai piedi della torre: chiama Mélisande e le annuncia che l’indomani partirà. Quindi chiede di poterle baciare la mano: Mélisande si sporge e i suoi lunghi capelli cadono a cascata su Pelléas, che li bacia inebriandosi. All’improvviso, entra in scena Golaud che rimprovera i due cognati per le loro ragazzate 

Golaud porta Pelléas nei sotterranei del castello, e gli fa contemplare le acque stagnanti di quel luogo. Le mani di Golaud tremano, e Pelléas se ne accorge dal movimento della lanterna. Egli chiede di uscire, perché si sente soffocare dai miasmi provenienti dall’acqua putrida 

Uscito dai sotterranei, Pelléas respira. Vede poi Mélisande alla finestra con Geneviève, e Golaud lo mette in guardia: scene come quella cui ha assistito ai piedi della torre non si devono ripetere, giacché Mélisande ora è ancor più fragile, e aspetta un bimbo. 

Golaud cerca di sapere da Yniold cosa fanno Pelléas e Mélisande quando sono soli. Il piccolo risponde che discutono della porta, che non può restare aperta, che sono tristi e non vogliono che lui li lasci soli, e una volta si sono baciati sulle labbra. Golaud prende allora sulle spalle il piccolo Yniold perché osservi dalla finestra cosa fanno i due cognati: sono soli, tacciono, non fanno niente. Poi Yniold si spaventa per l’irruenza del padre nel chiedergli la descrizione della scena e lo prega di farlo scendere. 

Pelléas incontra Mélisande e le annuncia che sta per partire, giacché suo padre sta meglio. Prima di partire però le chiede di incontrarsi con lei ancora una volta, a sera, presso la fontana. Entra Arkël, che si rallegra per il miglioramento del figlio. Colma Mélisande di tenerezza, e si compiace che la sua vita al castello sia meno triste. In quel mentre, entra Golaud, agitatissimo. Respinge Mélisande, prende la spada, e getta a terra la moglie prendendola per i capelli. Interviene Arkël e Golaud finge d’essersi calmato, ma Mélisande comprende che il marito non l’ama più ed esprime tutta la sua infelicità. 

Davanti alla fontana nel parco, il piccolo Yniold cerca di sollevare una grossa pietra per recuperare la sua pallina d’oro. Giunge da lontano il rumore di un gregge di pecore. Yniold le osserva passare, spinte dal pastore, e chiede a quest’ultimo perché le pecore improvvisamente tacciano. Il pastore gli risponde che quello non è il percorso che conduce all’ovile. Agitato, Yniold cerca allora di sapere dove vanno le pecore, poi parte perché sta calando la sera. Entra Pelléas, per incontrarsi alla fontana con Mélisande per l’ultima volta. Le dirà tutto ciò che finora le aveva taciuto. Mélisande giunge e Pelléas le dichiara finalmente il suo amore: per tutta la vita ha cercato la bellezza e finalmente in lei l’ha trovata. Anche Mélisande gli confessa di averlo amato fin dal primo momento. Si sentono dei rumori. È Golaud, che sopraggiunge armato; i due si baciano appassionatamente, e in quell’amplesso Golaud colpisce a morte Pelléas. Mélisande fugge nel bosco, inseguita da Golaud. 

Intorno al capezzale di Mélisande, morente benché ferita da Golaud solo leggermente, stanno Arkël, Golaud e un medico. Mélisande si desta dal suo torpore, vuole che si apra la finestra e chiede chi sia nella stanza. Golaud vuole poi restar solo con Mélisande, le chiede perdono e domanda se il suo amore per Pelléas è stata una passione colpevole. Mélisande nega, e Golaud insiste, chiedendole se è la verità. Mélisande non risponde, e lo lascia nella tortura del dubbio. Frattanto il medico e Arkël rientrano: Mélisande ha freddo, ma non vuole che si chiuda la finestra. Le viene portate la sua bimba, nata da poco, ed ella non ha la forza di prenderla in braccio. Entrano le ancelle, mentre Golaud implora Mélisande piangendo. Quando le ancelle s’inginocchiano, Arkël impone a Golaud di uscire: Mélisande è morta, ora c’è bisogno solo di silenzio, e di prendersi cura della piccola neonata, che continuerà a vivere per lei.