ДЕЙСТВИЕ ПЕРВОЕ
"ЦЕРКОВЬ САНТ-АНДРЕА ДЕЛЛА ВАЛЛЕ"

Политический заключенный Чезаре Анджелотти, бежавший из тюрьмы, входит в церковь, в капеллу своей сестры маркизы Аттаванти. Затем появляется художник Марио Каварадосси и снимает покрывало с картины, над которой он работает. Ризничий узнает в образе Марии Магдалины черты недавно молившейся в церкви незнакомки. Он возмущен этим сходством. Каварадосси сравнивает картину с миниатюрой, изображающей его возлюбленную, Флорию Тоску, и размышляет об искусстве и красоте.
Когда ризничий уходит, Анджелотти пытается незаметно выйти из капеллы, думая, что церковь пуста. Увидев Каварадосси, он узнает своего друга и рассказывает ему о побеге. Художник отдает беглецу корзинку с едой и прячет внутри капеллы, так как в церковь входит Тоска, знаменитая певица. Донесшийся до нее шепот вызывает ее ревность. Она зовет Каварадосси сегодня вечером в их убежище, уединенный домик. Тоска уже собирается уходить, как вдруг замечает картину и узнает в образе Магдалины маркизу Аттаванти. Каварадосси удается успокоить ее.
После ее ухода Анджелотти переодевается в женскую одежду, приготовленную для него сестрой. Раздается пушечный залп, возвещающий о побеге узника, и Каварадосси решает проводить друга в их с Тоской домик и спрятать в потайной нише колодца. Едва они уходят, как церковь наполняется клириками, служками, певчими: по случаю победы над Наполеоном готовится торжественное богослужение.
В церковь входят также начальник полиции Скарпиа и его шпионы. Они обнаруживают в капелле Аттаванти веер с гербом маркизы и корзинку из-под еды. Теперь хитрому начальнику все ясно. Он использует ревнивый характер Тоски: показывает ей веер, и та устремляется на загородную виллу маркизы, думая найти там изменника Марио. Скарпиа посылает Сполетту следить за ней и уже предвкушает двойную победу: одну над Каварадосси и Анджелотти и другую над Тоской, к которой он пылает страстью. Между тем звучит Te Deum, и барон заставляет себя погрузиться в благочестивые раздумья.

ДЕЙСТВИЕ ВТОРОЕ
"ДВОРЕЦ ФАРНЕЗЕ"

Скарпиа посылает записку Тоске, чтобы она явилась, если любит Марио: он схвачен в домике. Начальник полиции допрашивает художника. Когда входит Тоска, Каварадосси успевает предупредить ее, чтобы она не выдавала Анджелотти. Каварадосси уводят в соседнюю комнату на пытку. Его крики заставляют Тоску назвать место, где скрывается беглец. Марио проклинает ее. В этот момент приходит весть о победе Наполеона. Каварадосси с вызовом обращается к Скарпье, прославляет свободу, республику. Его уводят.
Скарпиа предлагает Тоске отдаться ему, в таком случае Марио будет спасен. Если же нет, его немедленно расстреляют. Тоска в смятении. Наконец она соглашается, но требует сейчас же освободить Каварадосси. Скарпиа обещает, что его расстрел будет произведен холостыми патронами, в присутствии Тоски он вручает приказ Сполетте. Тоска требует также пропуск для себя и Марио. Пока Скарпиа пишет, она замечает на столе кинжал и решает убить барона, как только он к ней приблизится. Удар кинжалом сваливает его с ног. Когда барон умирает, Тоска берет у него из рук пропуск, кладет ему на грудь распятие и удаляется.

ДЕЙСТВИЕ ТРЕТЬЕ
"ПЛОЩАДЬ ТЮРЬМЫ САНТ-АНДЖЕЛО"

Светает. Раздается звон утренних колоколов. Слышится песня пастуха. Группа солдат ведет Каварадосси на площадку тюремной башни, где через час он должен быть расстрелян. Художник просит передать письмо Тоске и, начав писать, погружается в воспоминания о прошлом. Неожиданно появляется Тоска: она показывает Каварадосси пропуск и рассказывает об убийстве Скарпьи. Марио целует ей руки. Оба мечтают о близком счастье. Наступает время казни. Марио падает под выстрелами. Тоска, подбежав, хочет помочь ему встать: кровь открывает ей страшную правду. Слышатся голоса: убийство Скарпьи раскрыто, и полицейские идут арестовать Тоску. Но она поднимается на парапет и бросается вниз.