Rome zucht onder de gewelddadige hand van politiechef Scarpia. De voormalige consul van de stad, Cesare Angelotti, houdt zich voor hem schuil in een kapel, waar de schilder Mario Cavaradossi werkt aan een schilderij van de Madonna. Zijn geliefde, de gevierde operazangeres Floria Tosca, zoekt hem op en ontdekt per toeval Angelotti’s schuilplaats.
Scarpia heeft zijn zinnen gezet op Tosca. Hij neemt Cavaradossi gevangen en martelt hem om hem Angelotti’s schuilplaats te ontfutselen. Cavaradossi weet vol te houden, maar wanneer Tosca haar geliefde hoort kermen onder de mishandelingen, slaat ze door en vertelt Scarpia alles. Scarpia belooft haar Cavaradossi te sparen, als zij alles voor hem doet wat hij wil. Cavaradossi zal dan slechts voor de schijn geëxecuteerd worden, om Scarpia voor gezichtsverlies te behoeden. Tosca stemt met zijn voorstel in, maar wanneer Scarpia zijn beloning opeist, steekt ze hem met een dolk neer.
Cavaradossi wacht het executiepeloton, toch ziet Tosca de voltrekking met een gerust hart tegemoet – het is immers maar schijn? Echter, wanneer Cavaradossi na de geweersalvo’s levenloos op de grond blijft liggen, begrijpt Tosca dat Scarpia haar gruwelijk verraden heeft. De wachters komen om haar te arresteren voor de moord op Scarpia en ziet zij nog maar één uitweg. Ze springt van de burchtmuur, een zekere dood tegemoet.