I. felvonás

A római Sant'Andrea templomban. Angelotti, a politikai fogoly megszökött a hírhedt Angyalvár börtönéből, és a rendőrfőnök, Scarpia kopói elől a templomban keres menedéket. Nővére, Attavanti márkiné a további meneküléshez szükséges női ruhát, fátylat és legyezőt hagyott itt neki. Angelotti a kápolnába húzódik, mert megjelenik a sekrestyés, aki Cavaradossi festőt keresi. A jámbor sekrestyés megütközik azon, hogy a készülő Szent Magdolna-kép mennyire hasonlít arra az előkelő hölgyre, aki nap mint nap itt szokott imádkozni: Attavanti márkinéra. Cavaradossi a képet szemlélve, két arcképre gondol: a szőke, véletlenül modellé vált márkinéra és szerelme, Tosca barna fürtjeire, fekete szemére. A megbotránkozott sekrestyés keresztet vetve, ijedten távozik. Angelotti bújik elő rejtekhelyéről. Cavaradossi felajánlja a szökött fogolynak segítségét, ám beszélgetésüket megszakítja a szerelmét hívó Tosca hangja. Angelotti ismét visszatér a kápolnába. Tosca féltékenyen vonja kérdőre a festőt, miért nyitotta ki oly késve a templomajtót. Gyanúja erősödik, amikor a készülő szentképen Attavanti márkiné vonásait ismeri fel. Cavaradossinak sikerül megnyugtatnia, estére találkát beszélnek meg és megvallják egymásnak szerelmüket. Alig teszi ki lábát Tosca a templomból, ismét előjön Angelotti. Biztosabb helyre kell elrejtőznie. Cavaradossi élete árán is megmentené a volt konzult. Felajánlja villáját, melynek kertjében az öreg kút mélyén lévő barlangban biztos menedéket találhat a szökevény. Egyszerre csak ágyúdörgés hallatszik: az Angyalvárban felfedezték Angelotti szökését. A festő együtt siet el barátjával. Ministránsgyerekek és templomi karénekesek tódulnak be; ujjongó Te Deumra készülnek. Az a hír érkezett ugyanis, hogy Marengónál az osztrák-olasz sereg megverte Napóleont. Ennek örömére még ezen az estén fényes ünnepet tart a királyné a Farnese-palotában, ahol Tosca egy új kantáta szólóját énekli majd. Hirtelen Scarpia jelenik meg embereivel. A templom népe megrettenve húzódik félre. A jó nyomot szimatoló Scarpia kihallgatja a sekrestyést. Gyanús jelek kerülnek elő: Attavanti márkiné ott felejtett legyezője, a kápolna ajtaja tárva-nyitva, az elemózsiás kosár, melyet a sekrestyés Cavaradossinak hozott - aki azzal tette félre, hogy nem éhes -, üresen találják meg a kápolnában. Scarpia is felismeri a festményen Angelotti testvérét, Attavanti márkinét. Mindebből hamar és jól következtet a rendőrfőnök. Amikor megtudja, hogy a festő Cavaradossi, kettős bosszúvágy ébred szívében: eltiporni a másként gondolkodót, a volteriánust és megszerezni Cavaradossi kedvesét, a mindeddig hiába ostromolt Toscát. Váratlanul megjelenik Tosca. Cavaradossit keresi, hogy értesítse: esti találkozásuk a Farnese-palotabeli ünnepségek miatt módosul. A festő helyett azonban Scarpiát találja itt a primadonna. A rendőrfőnök gálánsan kezdi. Először Tosca vallásos érzelmeinek hízeleg: maga nyújtja az asszonynak a szenteltvizet, majd a legyező és a kép összefüggésében felébreszti Tosca féltékenységét. Tosca szinte eszét vesztve siet el, hogy "leleplezze" hűtlen lovagját. Scarpia emberei titkon követik. A rendőrfőnök meg éhes sólyomként várja kettős zsákmányát. A templomban felzúg a Te Deum, Scarpia gőgösen, győzelme tudatában veszi szájára a szent éneket.

II. felvonás

A Farnese-palota egyik termében Scarpia vérszomjas ragadozóként várja a fejleményeket. Éjszaka van, a rendőrfőnök ablakot nyit. Kintről, a palota másik szárnyából az ünnepi kantáta gavottra emlékeztető, kellemes hangjai szűrődnek be. Scarpiában újból felgyúl a vágy Tosca iránt, és felforr gyűlölete Angelotti, Cavaradossi ellen. Spoletta, Scarpia egyik rendőrkopója jelentkezik. Követték Toscát. Angelottit nem találták meg, de a festő gyanúsan viselkedett, ezért behozták, hátha kicsikarnak belőle valamit. Scarpia kezdetben társalgási hangvétellel faggatja Cavaradossit Angelotti tartózkodási helye felől, majd a festő konok tagadásán felbőszülve, kínvallatást rendel el. Ekkor érkezik meg Tosca. Egy pillanat alatt átlátja Scarpia ördögi tervét. Cavaradossit átvezetik a szomszéd szobába, a férfi keményen állja a vallatás gyötrelmeit. Az asszony egy ideig tartja magát, ám amikor Scarpia kinyittatja a vallatószoba ajtaját, Tosca - szerelmese jajkiáltásainak hallatán - nem bírja tovább: elárulja Angelotti rejtekhelyét. Az ájult Cavaradossit kihozzák, a festő Tosca karjaiban tér magához. Scarpia durván vetélytársa értésére adja, hogy Tosca vallott. Cavaradossi tehetetlenségében kétségbeesetten kiált rá Toscára. Scarpia egyik embere, Sciarrone ront be; a marengói csata sorsa megfordult: mégis Napoleon győzött. Cavaradossi diadalmasan üdvözli az új hírt, nyíltan elárulva Scarpia előtt politikai nézeteit. A rendőrfőnök rövid utasítással a vérpadra küldi. Éjjel három óra van, Cavaradossit a parancs szerint négy órakor végzik ki. Tosca, hogy szerelmét mentse, pénzt ajánl fel Scarpiának, akinek azonban az asszony kell. Tosca undorral taszítja el Scarpiát. Spoletta tér vissza az Angelotti-hajszából. Angelotti öngyilkos lett a kútban, Cavaradossi cellájában halálra készül. Scarpia kérdőn néz Toscára, a primadonna megtörten bólint. A rendőrfőnök közli Spolettával, hogy megváltoztatta tervét: Cavaradossi haljon meg golyó által, de csak színleg, úgy, mint Palmieri gróf... Ám Tosca nem elégszik meg ennyivel, szerelme és a maga részére útlevelet kér Scarpiától; azonnal, a legrövidebb úton kívánja elhagyni Rómát. Scarpia mosolyogva teljesíti a kérést, kiállítja az útleveleket. Ekkor Tosca tekintete a megterített vacsoraasztalon egy késre téved. Hirtelen elhatározással felkapja, és mielőtt Scarpia karjaiba zárná, a gazember szívébe döfi a kést. Scarpia, "akitől egész Róma rettegett", ott hal meg Tosca lábai előtt.

III. felvonás

Az Angyalvár egyik bástyáján, röviddel hajnal előtt. Még csillagos, csöndes éjszaka van, majd sorra megkondulnak a hajnali harangok, a távolból pásztorfiú énekét sodorja a szél. A börtönőr jön, közli Cavaradossival, hogy készüljön: egy óra múlva kivégzik. A voltariánus festő visszautasítja az utolsó kenetet, inkább levelet ír, Toscától búcsúzik. Tosca érkezik sietve az útlevelekkel. Elmeséli szerelmének, miként ölte meg Scarpiát, s azt is, hogy Cavaradossit csak színleg végzik ki, ahogyan Tosca hiszi, vaktölténnyel. A festő mégsem képes felszabadultan örülni, talán rossz előérzete miatt, talán a rémes éjszaka emlékeinek nyomasztó súlya alatt. Megjelenik a kivégzőosztag, Cavaradossi a puskacsövek elé áll, a lövés eldördül. A festő holtan rogy össze. A hozzásiető Tosca őrjöngve fedezi fel: Scarpia ismét hazudott. Lentről kiabálás hallatszik: megtalálták a holt Scarpiát, Toscát keresik. Tosca azonban félrelöki a rátörő Spolettát, és sikoltva veti le magát a mélybe: "Ó, Scarpia, majd felelsz Isten előtt!" (dr. Till Géza)