ATTO I
Roma, 14 giugno 1800, giorno della battaglia di Marengo. La Repubblica Romana è caduta e si combatte contro i simpatizzanti di Napoleone Bonaparte.
Cesare Angelotti ex Console della caduta Repubblica, è evaso da Castel Sant’Angelo, e trova rifugio nella Chiesa di Sant’Andrea Della Valle. La Marchesa Attavanti, sua sorella, gli ha lasciato la chiave della cappella di famiglia dove nascondersi e degli abiti femminili per fuggire poi inosservato.
Entra il sagrestano per ripulire i pennelli del pittore Mario Cavaradossi, impegnato in un dipinto raffigurante la Madonna, ma nella sacra effigie l’uomo riconosce un volto noto. Cavaradossi giunto a riprendere il suo lavoro, gli confessa di essersi ispirata ad una devota, ignaro che si tratti proprio della Attavanti. Uscito il sagrestano, Angelotti pensando d’esser solo, esce dal nascondiglio e scorge Cavaradossi, suo vecchio amico anch’egli bonapartista. Il loro discorso è però interrotto dall’arrivo di Tosca e Angelotti stanco, scosso e affamato, è costretto a nascondersi nuovamente, accettando da Cavaradossi il paniere del suo pranzo ancora intatto. Entrando, Floria Tosca nota cantante e gelosa amante di Cavaradossi, ha sentito il suo amato parlare con qualcuno e teme si tratti di una donna, ma rassicurata, progetta di passare la serata insieme nella villa del pittore. Prima di uscire però, riconosce nel dipinto gli occhi della Marchesa. È presa da un nuovo impeto di gelosia, ma ancora una volta il pittore le proclama il suo fedele amore. Uscita Tosca, Angelotti può raccontare all’amico il suo piano: attendere il tramonto per sfuggire al Barone Scarpia, Capo della Polizia papalina. Cavaradossi gli consiglia invece di recarsi alla sua villa e – in caso di pericolo – nascondersi nel pozzo. Si ode un colpo di cannone da Castel Sant’Angelo: l’annuncio della scoperta evasione. I due uomini devono fuggire in fretta.
Entra il sagrestano e una folla di chierici e confratelli, festosi per la presunta sconfitta di Napoleone a Marengo. Scarpia li interrompe, lì giunto per ricercare il fuggitivo. Trova il paniere vuoto e un ventaglio con lo stemma Attavanti. Uno sguardo al dipinto poi, gli dà la certezza che la fuga di Angelotti è ordita con la complicità di Cavaradossi. Giunge Tosca per annunciare all’amato che dovrà tenere un concerto a Palazzo Farnese e dunque non potrà più recarsi alla villa, ma ne trova il Barone che usa scaltramente il ventaglio per ingelosirla. Ella riconosce lo stemma e crede subito ad una relazione del pittore con la Marchesa; corre quindi alla villa sicura di coglierli sul fatto. Scarpia la fa seguire dai suoi uomini per raggiungere un duplice successo: avere per sè la bella Floria Tosca e catturare l’evaso Angelotti.

ATTO II
Interno di Palazzo Farnese, camera di Scarpia al piano superiore.
Il Barone sta consumando la cena. Dal piano nobile si odono le note del Te Deum: si festeggia alla presenza dei Reali di Napoli, la sconfitta di Bonaparte. Spoletta entra trascinando con sè solo Cavaradossi; nella villa infatti non c’è traccia di Angelotti. Scarpia cerca di farlo parlare, ma invano. Dopo il suo concerto giunge Tosca e vedendo Cavaradossi gli fa un cenno d’intesa: ha capito la situazione. Lui l’implora di non dir nulla. Cavaradossi viene portato nella camera di tortura mentre il Barone, rimasto solo con Tosca, cerca di farle rivelare il nascondiglio di Angelotti. Per convincerla le fa udire le urla di dolore di Cavaradossi. Lei cerca di resistere, ma alla fine confessa: Angelotti è nascosto nel pozzo del giardino. Spoletta corre dunque a catturarlo, ma irrompe trafelato il gendarme Sciarrone con una brutta notizia dal fronte: la presunta sconfitta di Napoleone a Marengo è divenuta invece una vittoria decisiva. Cavaradossi ritrovate le forze, urla alla vittoria; Scarpia non tollera l’affronto e lo condanna a morte. Rimasto nuovamente solo con Tosca, il Barone le propone un modo per salvare Mario: dovrà concedersi a lui. Lei dapprima rifiuta sdegnosamente, ma l’imminenza dell’esecuzione capitale del suo amato la fa cedere. Irrompe Spoletta annunciando l’inaspettata morte di Angelotti: pur di non farsi catturare, ha scelto di togliersi la vita. Per suggellare il patto con Tosca, Scarpia le fa credere di accordarsi con Spoletta per una “finta esecuzione” di Cavaradossi: in questo modo il pittore sarebbe salvo e il Barone manterrebbe il suo ruolo. Tosca, non sospettando l’infame inganno, chiede anche un salvacondotto per fuggire da Roma con il suo amato. Scarpia redige il documento ma pretende che lei rispetti il patto; per tutta risposta invece Tosca, con un coltello rubato poco prima dalla tavola imbandita, lo uccide.

ATTO III
Dalla cella, Cavaradossi chiede di poter scrivere un’ultima lettera all’amata Tosca, ma mentre si strugge in cerca delle parole adatte, la vede entrare assieme a Spoletta (ancora ignaro della morte di Scarpia). Una volta soli, Tosca confessa a Cavaradossi il suo crimine e mostra il salvacondotto; gli parla poi della finta fucilazione: il plotone sparerà a salve. Non immagina che si tratti invece di un meschino inganno di Scarpia per approfittare di lei. Cavaradossi viene portato sul ponte di Castel Sant’Angelo dove l’esecuzione ha luogo. Una volta andati via i soldati, Tosca accorre verso l’amato per aiutarlo a rialzarsi, ma solo allora comprende con orrore che si è trattato di una vera fucilazione. In quel momento si odono dalle stanze di Castel Sant’Angelo le urla di Spoletta e dei soldati che hanno scoperto il corpo senza vita di Scarpia. Si recano in fretta sul ponte per arrestare Tosca, ma lei salita sul parapetto, si getta nel vuoto lanciando un’ultima maledizione a Scarpia.