Net als de opera speelt het verhaal zich af in Nagasaki, begin 20e eeuw. Het portretteert de ups en downs van een jonge vrouw die bekend staat als Butterfly, die op jonge leeftijd haar ouders verloor en een leerling-geisha is geworden. Ze ontmoet later een marineofficier en trouwt, hoewel de officier van plan is dat het huwelijk alleen zal duren zolang hij in Nagasaki is gestationeerd.