Le mura della grande Città Violetta. Nella piazza di Pechino, in un tempo imprecisato, un mandarino ricorda alla folla l’editto della crudele Turandot: la principessa sposerà solo colui che avrà sciolto i tre enigmi da lei proposti; ma in caso di fallimento, il pretendente verrà messo a morte. È questa la sorte dello sfortunato principe di Persia, che si prepara a morire per mano del boia al sorgere della luna. La folla rumoreggia, eccitata dall’imminente spettacolo; nella calca il vecchio Timur, accompagnato dalla giovane schiava Liù, è gettato a terra. Il principe Calaf si precipita in suo aiuto e riconosce in lui il padre, il re spodestato dei Tartari: entrambi, per fuggire l’odio degli usurpatori, sono costretti a mantenere l’incognito. Calaf apprende da Timur la storia della sua fuga e chiede a Liù la ragione del suo aiuto disinteressato; questa le risponde di aver condiviso le sofferenze del vecchio re soltanto perché un giorno il principe Calaf, nel suo palazzo, le aveva sorriso. I tre sono interrotti dalla folla, che reclama impaziente l’esecuzione. La luna è apparsa; preceduto dal canto di una schiera di ragazzi e da un corteo di sacerdoti e grandi dignitari, il principe di Persia viene condotto al patibolo. La folla si commuove al suo aspetto e chiede a gran voce la grazia; ma Turandot, che fa una breve apparizione sul loggiato, conferma la condanna. La bellezza della principessa colpisce vivamente Calaf, che decide, affascinato, di sottoporsi alla prova degli enigmi. Invano Timur, poi Liù, quindi i tre ministri Ping, Pong e Pang tentano di dissuaderlo. Il principe non cambia idea né alla descrizione delle nefandezze che si compiono a corte, né alle preghiere accorate di Liù, né alla vista della testa del principe di Persia decapitato: attratto dal volto della principessa, Calaf annuncia pubblicamente la sua decisione colpendo tre volte il gong e si avvia verso il suo destino. 

Padiglione formato da una vasta tenda decorata da fantastiche figure cinesi. Ping, Pong e Pang lamentano la decadenza della Cina, si abbandonano al ricordo dei tempi felici, quando la crudele principessa non era ancora nata, e rievocano con nostalgia la loro vita tranquilla lontano dalla corte. Mentre a corte fervono i preparativi per la nuova prova degli enigmi, i tre si augurano che Turandot scopra finalmente l’amore e che le teste cessino di cadere: immaginano intanto di preparare l’alcova per la prima notte d’amore della principessa. Una marcia annuncia la cerimonia delle prove. Quadro secondo Piazzale della reggia. La corte imperiale prende posto sulla scalinata al centro del piazzale della reggia. Gli otto sapienti portano i rotoli con la soluzione degli enigmi; a poco a poco la folla riempie la piazza. Il vecchio imperatore, stanco di veder scorrere il sangue, scongiura Calaf di rinunciare alla prova e di ritirarsi, ma invano: i l principe è ben deciso. Si avanza Turandot , guardando freddamente lo sconosciuto. Spiega le ragioni della sua crudele condotta con la storia di una sua antenata, tradita da un conquistatore straniero che aveva saccheggiato la città e l’aveva condotta lontano, in esilio, dov’era morta di dolore. Propone quindi a Calaf i tre enigmi, che il principe scioglie uno dopo l’altro. Turandot non vuole accettare la sconfitta e chiede al padre di non consegnarla allo straniero; ma è lo stesso Calaf che dichiara, generosamente, di rinunciare alla sua vittoria. Propone a sua volta una prova a Turandot: se all’alba dell’indomani la principessa indovinerà il suo nome, lui morrà, come se non avesse superato la prova degli enigmi . La principessa acconsente, mentre tutti si augurano che lo straniero trionfi. 

Giardino della reggia. È notte. Le voci degli araldi annunciano gli ordini di Turandot: che nessuno dorma a Pechino, pena la morte, sinché non sia stato scoperto il nome del principe sconosciuto. Calaf attende, tranquillo e sicuro della vittoria, i l sorgere del sole. Ping, Pong e Pang vengono a offrirgli, in cambio del suo nome, tutto ciò che un uomo può desiderare: bellissime fanciulle, ricchezze, gloria e libertà; ma il principe non si lascia smuovere né dalle promesse né dalle minacce. Al suo ultimo rifiuto, un gruppo di soldati introduce Timur e Liù, che si sospetta conoscano l’identità dello sconosciuto. Turandot ordina che Timur sia messo alla tortura, ma Liù s’avanza e dichiara di essere la sola a conoscere il nome del principe ignoto. Affronta Turandot, non cede alla tortura e si suicida piuttosto che tradire il segreto dell’uomo che ama. La folla è impressionata dal sacrificio della fanciulla. Turandot e Calaf restano soli. Il principe le rimprovera la sua crudeltà, poi le lacera il velo, la prende tra le braccia con passione, la bacia, vince la sua resistenza. Turandot piange tra le braccia del principe che le ha finalmente svelato l’amore. È ormai l’alba: Calaf svela il suo nome alla principessa, mettendo la propria sorte nelle sue mani. Suoni di tromba annunciano che la corte si riunisce. Quadro secondo Esterno del palazzo imperiale. L’imperatore siede sul trono, circondato dalla corte e dal popolo che riempie la piazza. In cima alla scalinata appare Turandot, che dichiara di conoscere il nome dello sconosciuto: “Amore”. Calaf si slancia verso di lei e l’abbraccia, mentre la folla dà libero sfogo alla gioia.