Un officier américain en escale à Nagasaki épouse une jeune geisha, puis l'abandonne, enceinte. Trois ans passent, durant lesquels la jeune femme, devenue mère, espère toujours le retour de l'homme qu'elle aime. Ce dernier revient enfin au Japon avec sa nouvelle épouse américaine et apprend qu'il a eu un fils en son absence. Celle-ci, désespérée, leur abandonne son enfant et se donne la mort. C'est lors d'un séjour à Londres en 1900, que le célèbre compositeur italien Giacomo Puccini découvre dans une pièce américaine le destin de la jeune geisha. Bouleversé, il décide de s'en inspirer pour écrire son nouvel opéra. La première est chaotique. Mais, retravaillée, l'œuvre triomphe. Et "Madame Butterfly" est devenue, depuis 1904, l'un des opéras les plus populaires du répertoire lyrique.
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