北京城里美丽的杜兰朵公主向四方公开徵婚，但她却提出一个残酷的条件，前来徵婚的王子必须要回答她三个谜题。如果三题都答对，她就与他成婚。但是如果答错了一题，就要被斩首示众。虽然如此，仍然有许多王子爱慕杜兰朵公主，愿意以生命作为赌注，试试自己的运气。有一天，流浪到北京城的卡拉富王子，见到杜兰朵公主，并为她的美丽所吸引，於是决心一试，不顾父王和奴婢柳儿的反对，用力敲锣要徵婚。公主出现后，出了第一个谜题：「有一个幻影在黑夜中飘荡，穿过层层黑暗，重重人群，全世界都在呼唤它，恳求它。这幻影在白天悄悄退去，而在心中生起，每个晚上新生，白天死去。这幻影是什麼呢？」卡拉富王子思考一下，回答：「是希望」。他答对了第一题。公主接著问第二个谜题：「有一样东西像火一样旺，但它不是火。有时很激烈，有热、力、和激情，如果不动它就冷掉。如果你死了，它就变得冷却，若你有征服的梦想，它就沸腾！它有一个声音，听了会使人颤抖，它生意盎然地跳动著！」卡拉富想了一下，於是回答：「热情」。他答对了第二题。公主接著提出第三个问题：「你点燃了冰块，但是回报你的是更多的冰块。它是纯白的，也是黑暗的，它可使你自由，但也让你成为奴隶，如果让你为奴，你就会龙袍加身。这点燃你的冰块是什麼？」卡拉富很快的回答：「杜兰朵！」群众欢声雷动，因为卡拉富正确的回答了公主的三个谜题，公主必须遵守她自己的诺言和这位王子结婚，而且今后就不会有求婚的王子要身首异处，死在他乡。公主极不情愿让一位外乡人答对她的三个谜题，而必须下嫁。何况当初故意出这三个谜题，目的是为了要报复她的祖先被外乡人杀死。卡拉富看出公主并没诚意要和他结婚，於是反而提出一个谜题，要杜兰朵猜猜他是谁。如果公主能在隔天清晨说出他的名字，公主就可以不必和他成婚，而且他也愿意欣然就死。公主於是下令北京城的人们彻夜不眠，一定要在天亮之前查出这个人的姓名，否则众人就要受到处分。舞台上於是响起那首有名的曲子Nessundorma!(译作「公主彻夜未眠」或「今夜无人成眠」)。杜兰朵公主想在黎明之前知道答对她三个谜题的异乡人是谁，於是下令北京城的子民彻夜不眠也要设法找出这答案。终於找到与王子同行的婢女—柳儿，并严刑烤打，要她说出这王子的名字。柳儿因为爱王子而坚决不说，并强夺卫兵的匕首，自杀身亡。王子愤怒地指责「冰冷的公主」，公主则表示自己高高在天上，并非凡人。王子於是逼近她的身边，用力抱住了她，吻了公主，公主终於流下了眼泪，表示第一次看到王子时就害怕他，不知要赢他或是被他打败，最后她要王子带著胜利与秘密离开，不要要求更大的胜利。王子却告诉她:「公主你是我的，在你面前我没有秘密…。」，於是说出自己是鞑靼王子卡拉富。公主因为知道王子的名字而雀跃不已，而王子则将一切的命运交给公主….。第二天破晓时刻，杜兰朵公主当著父王及文武百官宣布她的答案，她说：「我知道这个外乡人的名字，他的名字就叫……爱！」杜兰朵公主和王子终於在众人的欢呼和祝福下完成婚礼。