I 1904 leier en amerikansk marineoffiser, ved navn Pinkerton, et hus på en høyde i Nagasaki i Japan. Der ønsker han å flytte inn sammen med sin kone, kalt «Butterfly» men hennes virkelige navn er Cio-Cio-san. Hun er en 15 år gammel japansk jente som Pinkerton gifter seg med for enkelhets skyld, og han har til hensikt å forlate henne når han finner en skikkelig amerikansk kone - ettersom japanske skilsmisse-lover er veldig slappe.