L’acció te lloc a Pequín, a la Xina Imperial, en època llegendària
ACTE PRIMER
Davant les muralles de Pequin
El poble de Pequín escolta la proclama d’un mandarí (Popolo di Pechino). Mitjançant aquesta es recorda a tothom que la princesa Turandot només es casarà amb aquell pretendent de sang reial que encerti les tres endevinalles proposades per la princesa. Si no es així, el pretendent morirà. Acte seguit es fa saber que el darrer d’ells, el Príncep de Pèrsia, ha fallat i, per tant, serà decapitat tan bon punt surti la lluna. La notícia excita la multitud, sempre assedegada de sang, que acut en massa per presenciar l’execució.
Enmig de la gernació hi ha un ancià cec, acompanyat per una jove esclava que el guia. Són Timur, el destronat rei dels tàrtars, i l’esclava Liù. El cec, empès per la gent, cau a terra i és ajudat a aixecar-se per un desconegut. Aquest no és altre que el seu propi fill, Calaf (el nom del qual no es descobrirà fins el final de l’òpera). El fill reconeix immediatament el pare. Timur, feliç en haver retrobat el fill, li explica la seva història, com la petita esclava Liù li ha fet de guia des del moment de la seva caiguda del poder. Calaf pregunta a la noia el per què d’aquesta actitud tan generosa i ella respon que ho fa perquè una vegada, ja fa temps, en el palau, ell li va dedicar un somriure.
Apareix el botxí Pu-Tin-Pao, aclamat pel poble (Gira la cote!). Poc després, el Príncep de Pèrsia és arrossegat cap el suplici i el poble demana clemència, però la princesa Turandot es mostra un moment per ordenar el botxí que procedeixi. Calaf, que fins aleshores mirava l’espectacle amb menyspreu, queda completament bocabadat per la bellesa de la princesa (O divina bellezza! O meraviglia!) i tot d’una decideix, contra les súpliques del seu pare i de Liù, presentar-se com a candidat a la mà de Turandot. Quan és a punt de colpejar el preceptiu gong, apareixen els tres ministres Ping, Pang i Pong per intentar-lo convèncer que no s’arrisqui ja que, al cap i a la fi, Turandot només és una dona (Fermo! Che fai? T’arresta!). Liù suplica dramàticament al príncep que no ho faci (Signore ascolta), però Calaf li diu tendrament que ja és tard (Non piangere Liù): està decidit a fer-ho; si perd la vida en l’intent li demana que no deixi sol el vell Timur. Calaf colpeja tres vegades el gong.
ACTE SEGON
Escena primera: El pavelló dels ministres en el Palau Imperial
Ping, Pang i Pong comenten la mala vida que tenen per culpa de l’actitud de la princesa (Olà, Pang! Olà, Pong!). N’estan farts de tanta sang vessada pels pretendents, la llista dels quals repassen. El que voldrien és participar en els preparatius del casament. Acaben la seva intervenció tot sospirant per retirar-se a les seves finques (Ho una casa nell’ Honan). Se senten les trompetes que els convoquen a la cerimònia de l’enèsim pretendent.
Escena segona: Una gran plaça davant el Palau Imperial
Arriba una gran gentada: poble, ministres, guardians i cortesans, per esperar l’arribada de l’Emperador Altoum, que ha de presidir la cerimònia. Aquest entra i és aclamat pel poble (Diecimila anni al nostro Imperatore!). El mateix Emperador també està cansat de tanta sang i tanta mort i intenta advertir el jove pretendent que encara és a temps de retirar-se (Un giuramento atroce mi costringe). Calaf, però, diu que no. El mandarí llegeix l’edicte que recorda el procediment.
Apareix en escena Turandot i explica a tothom el per què de la seva actitud cruel amb els pretendents (In questa reggia). Tot és per venjar una seva avantpassada, la princesa Lou Ling, que va ser violada i morta per un estranger fa molt de temps. Aleshores, ella ha decidit no ser de ningú i imposar la prova mortal a tots els prínceps que venen de tot arreu per fer-la seva. Acte seguit, ella mateixa proposa els tres enigmes. Calaf respon correctament a tots tres: l’esperança, la sang i Turandot. Tothom celebra la fi de les macabres proves, però Turandot no accepta haver perdut i suplica el seu pare que no la lliuri a aquest estranger (Figlio del cielo! Padre augusto!). L’Emperador, però, respon que així ho va jurar. Calaf, en veure la resistència de Turandot, i com que no la vol tenir per força, li proposa al seu torn un altre enigma: ella no coneix el seu nom; si l’arriba a saber abans de l’alba, aleshores morirà (Tre enigmi m’hai proposto). Turandot accepta.
ACTE TERCER
Escena primera: Els jardins del Palau Imperial. És de nit
Turandot ha ordenat, sota pena de mort, que ningú dormi a Pequin i que tothom es dediqui a esbrinar el nom del príncep ignot. Aquest, aleshores, reflexiona sobre la situació i es mostra convençut de la seva victòria sobre la freda Turandot (Nessun dorma). Ping, Pang i Pong es presenten per tal de convèncer-lo que acabi d’una vegada amb la situació: a canvi li ofereixen dones i riqueses, però Calaf roman ferm en la seva decisió.
Arriben uns guàrdies portant amb ells Timur i Liù. Algú els ha vist parlant amb el príncep i dedueixen, correctament, que coneixen el seu nom. També Turandot fa aleshores acte de presència i el botxí comença a torturar Liù que ha confessat que és l’única que coneix el nom. L’esclava ofereix una resistència sobrehumana i no diu el nom. Aleshores, la princesa li pregunta què és el que li dona la força interior per suportar tal dolor (Chi posse tanta forza nel tuo cuore?) i Liù li respon: l’amor. Aleshores manifesta que callant li dóna al seu senyor (Calaf) l’amor (de Turandot); aquest és el suprem sacrifici del gran amor que sent per ell (Tanto amore segreto). Adverteix la princesa que ella, feta de gel, també es rendirà a l’amor (Tu che di gel sei cinta). I com que veu que és al límit de la seva resistència, arrabassa un punyal a un soldat i es mata.
Tothom plora la mort de la dolça Liù, sobretot el vell Timur. Pertorbat pels fets, Calaf s’enfronta amb ràbia a Turandot, retraient-li la seva fredor en vessar sang innocent (Principessa di morte! Principessa di gelo!). Segueix un llarg diàleg entre els dos en que Turandot, poc a poc, va perdent la seva rigidesa i, finalment, Calaf besa apassionadament la princesa. Surt el sol i sonen les trompetes del palau, al mateix temps que Calaf confessa el seu nom (Io son Calaf, figlio di Timur!).
Escena segona: Davant el Palau Imperial
L’Emperador i tota la cort compareixen davant el poble (Diecimila anni al nostro Imperatore!). Turandot diu al seu pare que ja coneix el nom de l’estranger: el seu nom és ‘Amor’ (Il suo nome è… Amor). El poble esclata d’alegria tot glorificant l’amor (Amor! O sole! Vita! Eternità!).