第一幕场景是十九世纪末的日本长崎海港。
幕启时，为长崎近郊的小山上，远处可望到长崎海湾，左边为美国海军上尉平克顿的新居。平克顿因为要在长崎停留数年之久，于是便想找一位日本妻子。由日本婚姻掮客五郎，介绍与巧巧桑会面认识，说明这件婚姻的有效期间，以男方同意与女方同居为限，分离之后女方仍可再嫁。因平克顿一有调遣命令，即须归国，由婚姻掮客看定的巧巧桑作为临时夫人，也不过逢场作戏聊以消遣。
这一天，五郎带着即将新婚的美国海军军官平克顿走上山丘，前来观看新房，小小的木屋加上精致的花园，幽雅大方，美丽而有趣。五郎向平克顿解说日本式平房隔间的奥妙，并介绍未来服侍新人的佣人们。不久，美国驻日本领事夏普勒斯挥汗如雨、一步步走上山来，平克顿上前热情迎接，便将这件事说给他听：“我们美国佬浪迹天涯，四处为家，不断寻找欢乐与满足，掳获各地美女芳心。”夏普勒斯觉得平克顿态度有些轻佻，他便很郑重地这位年轻的海军军官：说：“此事不可当儿戏，千万不能伤了日本姑娘的心，则将会是件大罪过，”俩人展开一段二重唱：《恋爱与游戏》音韵和蔼而带有轻视和玩笑的意味!
在俩人举杯庆祝，谈笑风生时，遥见一群女子结队而来，此时，五郎赶来禀报：“新娘队伍来了！”一阵美丽的女声合唱，远远地从山坡下传上山头，新娘巧巧桑在亲友的陪伴下，缓步莲移，拾阶而上，沿途还歌颂着大自然的美景与梦幻般的爱情。平克顿怜惜地上前慰问一路辛苦的秋秋桑，夏普勒斯则是询问起巧巧桑的家世；巧巧桑回答说：“她原本是长崎当地世家，后来父亲逝世，与母亲相依为命。家道中落，她早早就学着做一名卖唱献舞的艺妓，以此谋生。她忍受着痛苦和人们的耻笑，。她讲述的时候，神情是那样真挚，让人不由得产生深深的怜爱。五郎大概是曾经吹嘘过巧巧桑的家庭，他怕这傻乎乎的姑娘说漏了嘴，在一旁插话说：“她的母亲是一位高贵的太太。”可是巧巧桑叹息道：“她是多么命苦，贫穷永远在折磨着她。”领事夏普勒斯关切地问她：“你的父亲在哪里?”“他死了。”巧巧桑显得很不安，女友们也都低下了头，为了打破这尴尬的局面，领事夏普勒斯又问道：“你今年多大了”巧巧桑俏皮地要两位美国绅士先猜一猜；平克顿与夏普勒斯猜了几回后，巧巧桑则公布了正确答案：她今年已经十五岁，算很老了！领事不由得叹了口气：在美国，这还是无忧无虑的童年呢!还正是玩耍的年纪，眼前这位日本女孩竟然说这样已经很老了，他们觉得实在不可思议！
随后日本天皇特使与婚姻公证人驾到。巧巧桑率众人行跪礼，平克顿在众人面前签了婚约，签过字又照例交出100元日币作为礼金。这时候巧巧桑打扮得体，亭亭玉立与美国新娘一般。照例，新娘初次见面，必有礼物赠给新郎，巧巧桑便从大袖口内取出赠品：一条丝巾，一支烟斗，一粒银钮，一柄小扇，一瓶香水，最后很慎重地取出来一支匕首鞘。平克顿看见匕首鞘，觉得有些不解，便问五郎，五郎含含糊糊地说，匕首鞘是日本天皇赐给巧巧桑父亲自尽的纪念品。“她父亲怎么啦?”平克顿又问：“光荣地死去。”五郎说完就走了。
巧巧桑不愿意继续这个话题，她又从衣袖里拿出了几个小雕像，告诉平克顿，这是她的祖先。然后她怀着敬意讲述道：“我要告诉你一件秘密。昨天我一个人走进了教堂。这事谁都不知道，连我的和尚叔父也不知道。我要相信我丈夫的上帝，因为我要把我的一切都交给你。”
巧巧桑忠诚的表情使平克顿的内心震动了，但他并不懂得改变信仰，对巧巧桑，对一个日本人，是多么严重的事。而且，他对这桩婚姻也远没有巧巧桑的那种神圣感婚礼举行后，正当蝴蝶夫人与平克顿接受众人道贺时，忽然传来一阵怒吼声，原来是蝴蝶夫人的和尚叔父来了。他愤怒地指着巧巧桑对大家说：“诸位听着，她已经背叛了我们，背叛了自己的祖先。她相信了别人的神！”这些句话着实让大家吃了一惊。他们转过头去，生气地对着瑟瑟发抖的新娘巧巧桑发出嘘声。和尚喊着日本神的名字，继续大声诅咒巧巧桑道：“你已经背叛了我们，就让魔鬼把你捉去吧!”平克顿忍不住了，他对这和尚说：“不准在这里吵闹!”和尚狠狠地瞪了这美国人一眼，嘴里继续骂着。平克尔顿火了，他大声命令道：马上给我滚出去!我是这里的主人，不准任何人在这里瞎喊乱叫！”
众人闻言，纷纷离去，只留下被遗弃的巧巧桑独自饮泣。望着可怜的小新娘，平克顿心里充满了怜爱，他温柔地搂住巧巧桑的肩膀，劝慰说：“你们日本的宗教和所有的亲戚朋友，都不值得我美丽的姑娘心中难受。我一定要好好地爱你”这时，屋里传来喃喃的低语声，巧巧桑说，这是女仆铃木，在向神作祈祷。此时夜幕低垂，一轮淡月伴着闪烁着的星星，俩人唱着甜蜜而又令人陶醉的二重唱《月白天青》：“亲爱的，你的眼睛这样明亮，穿上这身洁白的衣裳，就像一支百合花。可爱的姑娘，我的热情为你而奔放。”巧巧桑柔声回答道：“我像一个美丽的女神，从天空中月亮里轻轻地走下来。我亲爱的，我愿和你一起飞到天堂。”随后两人相偕入房，共享新婚之夜的欢愉。
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