L’action est ramassée en deux nuits et un jour, et prend place au palais impérial et dans les faubourgs de Pekin : « A Pekino, al tempo della favola | À Pekin, au temps des légendes »
La princesse Turandot, fille unique de l’Empereur de Chine, n’acceptera d’épouser qu’un homme qui saura résoudre trois énigmes posées par la princesse ; si un prétendant échoue, il est décapité. Le prince Calaf, en fuite après que le royaume de son père ait été envahi par des ennemis, arrive à Pekin et tombe amoureux de Turandot dès qu’il la voit de loin. Malgré les supplications de son père Timur, lui aussi en fuite et retrouvé par hasard dans la foule, et de Liu, l’esclave qui accompagne Timur, Calaf déclare solennellement son intention de subir les épreuves. A la surprise de tous, et au grand désarroi de Turandot, il résoud les énigmes. Turandot supplie alors son père de ne pas la donner en mariage à Calaf. Ce dernier, touché par son désespoir, accorde une chance à Turandot : il remet sa vie en jeu et lui pose une énigme, à elle de la résoudre d’ici le lendemain matin. L’énigme posée à Turandot, c’est de deviner le nom du prince qui vient de résoudre les trois énigmes. Turandot use de son pouvoir pour ordonner à toute la ville de Pekin de trouver ce nom, sous peine des pires châtiments. Mais à Pekin, personne ne connaît le prince étranger à l’exception de Timur et Liu. Ceux-ci sont donc pris à parti et sommés de donner ce nom. Refusant de trahir Calaf dont elle est amoureuse, Liu choisit le suicide. Resté seul avec Turandot, Calaf exprime sa colère envers elle, puis finit par l’embrasser, ce qui provoque un bouleversement en Turandot. Calaf lui révèle alors son nom. Le lendemain matin et devant toute la cour réunie, Turandot déclare qu’elle a découvert le nom du prince : c’est Amour.