Acto I
Cuadro I
En la primera escena el pueblo de Pekín escucha la proclama de uno de los mandarines del emperador ("Popolo di Pechino..."), por la que hace saber que la princesa se casará con aquel príncipe que responda correctamente los tres acertijos impuestos por su majestad. De no hacerlo así, el pretendiente morirá. Paso seguido, se comunica que el Príncipe de Persia ha fallado; por lo tanto, morirá al salir la luna. La gente acude en masa a tal acto. Llega entonces a la ciudad un anciano ciego, acompañado por una mujer que lo guía. Entre la multitud, el ciego cae al suelo y es recogido por otro desconocido, que inmediatamente le reconoce como su padre: se revela entonces que el ciego es en realidad Timur, rey de los tártaros, quien, tras perder la batalla, fue exiliado junto a una esclava, Liú, que le sirve de guía y mendiga por él. El desconocido que le recoge no es otro que Calaf (cuyo nombre se descubre al final de la ópera, conociéndose a lo largo de ella como "el ignoto"), el príncipe tártaro, quien, ante el gesto de la esclava, pregunta por qué tan noble acto, y ella responde tímidamente que porque "un día, en palacio, usted me sonrió".
El verdugo Pu-Tin-Pao aparece ante el clamor del pueblo, que canta sobre la sangre derramada en el reino de Turandot, la princesa. Todo es jolgorio hasta que aparece el príncipe de Persia, joven apuesto y sereno, y el pueblo enmudece de compasión; enseguida piden piedad por su vida ("O giovanotto! Grazia, grazia..."). El desconocido príncipe que había ayudado a su padre en las calles observa con horror el espectáculo, y se une al pueblo despreciando tan cruel acto. Pero es allí cuando hace su aparición la princesa, quien, con un gesto inmisericorde, ordena al verdugo que prosiga con la ejecución, y vuelve a sus aposentos. El príncipe de misterioso origen cae completamente cegado ante la belleza de la princesa ("O divina bellezza! O meraviglia!"), de tal forma que decide quedarse allí y, sin escuchar las súplicas de su padre y de la esclava para entrar en razón, decide probar su suerte para conquistar el corazón de la princesa. Cuando se dispone a golpear el gong tres veces para entrar a la prueba, tres ministros del emperador, Ping, Pang y Pong, le cortan el paso para intentar convencerlo de que no se arriesgue por algo así, ya que, de todas formas, Turandot es solo una mujer y, siendo él tan poderoso, podría conseguir mujeres a montones.
En ese momento, algunas cortesanas aparecen pidiendo silencio. Liú, la esclava, ruega otra vez al príncipe que desista, en uno de los momentos más dramáticos y cautivadores del primer acto, un aria que requiere un tono soprano muy cuidado en su modulación y ejecución ("Signore ascolta"). Pero el príncipe le dice que ya es tarde ("Non piangere Liù), y que lo hará de todas formas, por lo que le pide que acompañe a su padre antes de dirigirse al gong gigante montado en el escenario, que golpea tres veces (uno de los momentos más dramáticos de la ópera).
Acto II
Cuadro I. Cerca del palacio del Emperador
Los tres ministros, Ping, Pang y Pong, narran sus desventuras y las situaciones por las que han tenido que pasar por el capricho de la princesa, en un acto más liviano para el espectador. Hacen un repaso de los distintos pretendientes que la princesa ha tenido y los tres cantan para finalizar, poder por fin volver un poco a sus hogares para descansar, tras un final feliz con casamiento y poder lograr así un poco de paz para China. Desde el palacio les anuncian que se presenten para el enésimo pretendiente, lo que nos lleva al siguiente cuadro.
Cuadro II. Palacio del Emperador
Llegan los ministros, y los guardias y cortesanas se aprestan a la llegada del emperador, quien preside la ceremonia, aclamado por el pueblo. Él mismo intenta advertir y detener al príncipe, deseando querer parar con el baño de sangre y no queriendo "cargar con el peso de la joven vida" por las pruebas pero recibe la negativa del solicitante. El mandarín lee nuevamente la ley impuesta al perdedor, quien deberá morir al fallar.
Turandot aparece en escena y explica el porqué de su fría actitud frente a sus pretendientes ("In questa reggia..."). Una de sus antepasadas, la princesa Lou-Ling, fue violada por un extranjero y dejada por muerta. Ella desea vengarla entonces, imponiendo su prueba mortal a todos los príncipes que vienen de distintos reinos para conquistarla. Luego, Turandot misma formula los enigmas. El primero es: "En la oscura noche vuela un fantasma iridiscente. Se eleva y despliega las alas sobre la negra e infinita humanidad. Todo el mundo lo invoca y todo el mundo lo implora, pero el fantasma desaparece con la aurora para renacer en el corazón.¡Y cada noche nace y cada día muere!". El príncipe piensa y acierta respondiendo: "la esperanza". Turandot prosigue: "Surge como una llama, y no es llama. Es a veces delirio. Es fiebre de ímpetu y ardor. La inercia lo torna en languidez. Si se pierde o mueres, se enfría. Si anhelas la conquista, se inflama. Tiene una voz, que escuchas palpitante, y del ocaso, el vivo resplandor", y la respuesta al segundo enigma es "la sangre". Finalmente, temblorosa y perdiendo la compostura, formula el tercer enigma: "Hielo que te inflama y con tu fuego aún más se hiela. Cándida y oscura. Si libre te quiere, te hace más esclavo. Si por esclavo te acepta, te hace rey". Al verlo dudar por varios instantes, Turandot ríe de la suerte del concursante. Éste, al observarla directamente a los ojos y contemplar su belleza, se reincorpora triunfante y responde: "Turandot". El consejo de mandarines acepta la respuesta como correcta y el reino se regocija, vitoreando al ganador. Entonces, ella clama a su padre por piedad para que no entregue a su hija en manos de este extranjero, pero el emperador contesta que la palabra fue dada. El príncipe, al ver la resistencia de la princesa le propone un nuevo acertijo: si ella adivina su nombre antes del alba, él morirá. ("Dimmi il mio nome e all'alba morirò..."). Ella, naturalmente, acepta la apuesta.
Acto III
Cuadro I. Noche. Jardines del Palacio
Turandot ordena que habrá pena de muerte a todo el mundo que sepa el nombre del príncipe y no lo diga. Los guardias recorren las calles entonces, pidiendo que nadie duerma en Pekín. El príncipe entonces canta el aria más famosa de la ópera, Nessun dorma (Nadie duerma) en la noche, siendo la pieza más destacada de la obra. Ping, Pang y Pong se presentan nuevamente intentando convencer al príncipe otra vez para que termine con esto, intentando ofrecerle mujeres y riquezas, pero él sigue firme en su decisión de conseguir lo que se propuso. Los guardias, entonces, encuentran a su padre, Timur, y a Liú, a quien amenazan de muerte para que revele el nombre del príncipe. Llegan la princesa y Ping, quienes, a través del verdugo, empiezan a torturarla, pero Liú, entonces, declara que ella sabe el nombre, pero se niega a declararlo incluso diciendo que pueden torturarla hasta el cansancio, pero ella no cederá. Se ejecuta entonces otra importante aria dentro de este acto, cargada de dramatismo romántico en donde Turandot pregunta a Liú el porqué de su fuerza interior para soportar tal dolor ("Chi posse tanta forza nel tuo cuore?"), a lo que la esclava responde que es amor ("Principessa, l'amore!"). Le brinda entonces, según sus palabras, su amor a su señor mediante el silencio del amor inconfeso, agregando que, si ella le brinda su nombre, ella le dará su amor y ya no le quedará nada. Le advierte incluso a la princesa que ella también caerá rendida a su amor, y en un acto final de sacrificio por amor ("Tu che di gel sei cinta"), toma una de las armas de los guardias a su lado y se suicida. El coro de la gente de Pekín grita "Parla! Parla! Il nome!", mientras Liú muere en brazos del príncipe, manteniendo su palabra hasta el final. Su padre, Timur, se retira junto al cuerpo de Liú, quien es trasladado por los guardias a su morada final. Perturbado por el acontecimiento, el príncipe enfrenta a Turandot recriminándole su frialdad al derramar sangre inocente ("Principessa di morte, Principessa di gelo!") y agregando que su "hielo es una mentira". Tras una larga conversación, el príncipe logra besarla, quebrando la rígida actitud de la vengativa monarca, al punto de que acepta su derrota, pidiéndole que no la estreche entre sus brazos. Finalmente, el príncipe, con resignación revela su nombre: "Io son Kalaf, figlio di Timur" (Soy Calaf, hijo de Timur). Es el amanecer, y suenan las trompetas de palacio.
Cuadro II. En el Palacio
El Emperador se hace presente junto a toda su corte frente a su pueblo ("Diecimila anni al nostro Imperatore!"), para que su hija, la princesa Turandot revele el nombre del misterioso príncipe. Todos esperan expectantes la respuesta y cuando el momento llega, ella responde a su padre que conoce el nombre del extranjero "Il suo nome è ...Amor" (Su nombre es... amor). El pueblo estalla en alegría, exclamando: ¡Amor!