Действие первое
Рим, июнь 1800 года. Чезаре Анджелотти, бежавший из тюрьмы политический заключенный, ищет убежища в одной из капелл церкви Сант-Андреа-делла-Валле. Он прячется, появляется Ризничий, за ним – художник Марио Каварадосси, работающий над росписью церкви. Он пишет Марию Магдалину, но ее образ вдохновлен маркизой Аттаванти: Каварадосси видел ее в церкви, но не узнал. Работая, он размышляет о разных типах красоты: его возлюбленная, певица Флория Тоска, – брюнетка, а незнакомка-Магдалина – блондинка. Анджелотти покидает свое убежище, и Каварадосси узнает его, бывшего консула революционного правительства. Художник снабжает беглеца едой и просит вновь укрыться в капелле: издалека слышен голос Тоски. Подозрительная и ревнивая, Тоска расспрашивает Каварадосси, затем напоминает ему о вечернем свидании на тихой вилле. Бросив случайный взгляд на картину, она узнает в Магдалине маркизу Аттаванти и упрекает возлюбленного в неверности. Каварадосси уверяет ее в своей любви. Тоска уходит, Анджелотти снова выходит из капеллы. Пушечный выстрел возвещает, что побег обнаружен, и Каварадосси предлагает Анджелотти укрыться у него на вилле. Ризничий радуется известию о победе над Наполеоном и собирает хор мальчиков на торжественный молебен по этому случаю. Их радостные крики прерваны появлением барона Скарпиа, шефа тайной полиции, который разыскивает бежавшего Анджелотти. Тоска возвращается в церковь, чтобы увидеться с Каварадосси, и Скарпиа демонстрирует ей найденный веер с гербом Аттаванти. Уверившись в своих ревнивых подозрениях, Тоска разражается слезами. Она клянется отомстить неверному возлюбленному и спешит прочь. Скарпиа посылает своих людей следить за ней, надеясь таким образом найти Каварадосси и Анджелотти, которого художник, по предположению барона, прячет у себя. Церковь заполняется прихожанами, начинается торжественный молебен, Скарпиа мечтает о том, как гордая Тоска подчинится его желаниям.
Действие второе
В своем кабинете во дворце Фарнезе Скарпиа предвкушает, как Тоска окажется в его объятиях. Появляется с докладом Сполетта, посланный следить за певицей: обнаружить Анджелотти не удалось, однако он арестовал Каварадосси. Скарпиа допрашивает художника, в это время слышен голос Тоски, которая поет кантату на королевском празднестве. Скарпиа посылает за ней, она входит в кабинет в момент, когда Каварадосси уводят на пытку. Устрашенная его стонами и вопросами Скарпиа, Тоска выдает, где спрятан Анджелотти. Каварадосси, измученного и окровавленного, приносят в кабинет. Осознав, что произошло, он проклинает Тоску. Шарроне, один из приближенных Скарпиа, приносит известие о неожиданной победе Наполеона над австрийскими войсками при Маренго Каварадосси с вызовом обращается к Скарпиа, прославляя свободу и республику. Скарпиа насмехается над ним – все равно политического преступника казнят. Каварадосси уводят.
Скарпиа спокойно возвращается к прерванному ужину. Он объясняет Тоске, что единственный способ выкупить жизнь возлюбленного – это отдаться ему. Тоска сопротивляется его домогательствам, молится, вспоминая о том, как посвящала свою жизнь искусству и любви. Скарпиа настаивает, а явившийся Сполетта хладнокровно сообщает о том, что Анджелотти покончил с собой при аресте, и все готово для казни Каварадосси. Лишенная последних надежд Тоска уступает, соглашаясь на условия Скарпиа. Скарпиа обещает, что Каварадосси расстреляют только для вида, холостыми патронами. Тоска требует также пропуск, чтобы вместе с Марио покинуть Рим. Но в момент, когда барон приближается к ней, она наносит ему удар ножом. Пропуск она берет из руки мертвого барона.
Действие третье
Светает. Каварадосси ждет казни в Замке Святого Ангела. Он уговаривает тюремщика отнести Тоске его прощальное письмо. В памяти художника оживают сцены идиллической любви, и отчаяние овладевает им. Неожиданно появляется Тоска: Скарпиа отпускает их. Тоска рассказывает и о домогательствах барона, и о его убийстве. Но все уже позади, осталась одна комедия – расстрел холостыми патронами, а потом их ждет свобода. Тоска дает Марио наставления, как держаться и падать, имитируя смерть.
Наступает время казни. Марио падает под выстрелами. Тоска в восхищении – как естественно он держится! Но когда она хочет помочь ему встать, кровь открывает ей страшную правду. Слышатся голоса: убийство Скарпиа обнаружено, и полицейские спешат арестовать Тоску. Она поднимается на парапет и бросается вниз.
