La vicenda si svolge a Roma al momento della battaglia di Marengo.

Tosca Floria, cantante famosa, amante del pittore Mario Cavaradossi, nobile e liberale, è corteggiata dal barone Scarpia, ministro della polizia pontificia, il quale, sospettando che il pittore abbia ospitato il suo amico Angelotti, rivoluzionario evaso da Castel Sant'Angelo, eccita la gelosia di Tosca per la marchesa Attavanti di cui Cavaradossi dipinge il ritratto, sperando di cogliere qualche indicazione nelle parole che il dispetto e il turbamento le strapperanno. Basta infatti qualche reticenza di Tosca, perché Scarpia si rechi con i suoi agenti alla villa del pittore, lo arresti e lo sottoponga alla tortura.

Tosca, a cui Scarpia con raffinata crudeltà fa udire le grida di Cavaradossi torturato, rivela, per salvare lui, il nascondiglio di Angelotti, il quale, quando si vede scoperto, si uccide. Cavaradossi intanto è imprigionato a Castel Sant'Angelo e condannato a morte; se Tosca vorrà liberarlo dovrà concedersi a Scarpia. Ella accetta il patto orrendo e appena ha avuto il salvacondotto per sé e per l'amante, pugnala Scarpia e corre a Castel Sant'Angelo dove la fucilazione di Cavaradossi dovrà, secondo la promessa di Scarpia, essere simulata.

Ma Cavaradossi è fucilato realmente, e Tosca, a cui non resta che la disperazione, si lancia dagli spalti del castello.