舞台は1800年6月、ローマ。共和制の崩壊により、王制のもと恐怖政治が行われる中、共和主義者として投獄されたアンジェロッティは脱獄に成功。聖アンドレア・デッラ・ヴァッレ教会に身を隠す。アンジェロッティはそこで、共和主義の同志だったカヴァラドッシと出会い、彼はアンジェロッティを自身の隠れ家に案内するのであった。一方アンジェロッティを捜索していた王党派の警視総監スカルピアは、教会でローマの歌姫トスカを見つけ、恋人のカヴァラドッシの家に行くよう仕向けその後を手下に尾行させるが、時同じくして、スカルピアの下に王党派が共和制を掲げるナポレオン軍を破ったという知らせが入る…
その夜スカルピアはカヴァラドッシを拷問にかけ、アンジェロレッティの居場所を聞き出そうとする。口を割らないカヴァラドッシ。スカルピアはトスカを呼びだし恋人が拷問される姿に耐えられず隠れ家の場所を教えてしまう。その時、スカルピアの下に、王党派が勝ったというのは誤報でナポレオン軍が勝利したという一報が舞い込む。喜ぶカヴァラドッシに、怒ったスカルピアは死刑を宣言。彼の命を助けてほしいと懇願するトスカに、スカルピアは体を自分に捧げるなら助けてやると言い、見せかけのカヴァラドッシの銃殺刑執行を約束。スカルピアが彼女の体に手を触れようとした刹那、トスカはナイフでスカルピアを刺し殺す。
トスカはカヴァラドッシの元に駆けつけ、一部始終を話し、銃殺刑は空砲で、その後一緒に逃げられると伝えるのであった…
見せかけの処刑が執行され、トスカがカヴァラドッシに近寄ると、そこにはカヴァラドッシの亡骸が。スカルピアとの約束が嘘だったことに気が付き、自身を追う兵士が迫る中、トスカは城壁から身を投げ、その命を絶つ。
見せかけの処刑が執行され、トスカがカヴァラドッシに近寄ると、そこにはカヴァラドッシの亡骸が。スカルピアとの約束が嘘だったことに気が付き、自身を追う兵士が迫る中、トスカは城壁から身を投げ、その命を絶つ。