Флория Тоска, певица
Марио Каварадоси, художник
Bарон Скарпия, шеф на полицията
Чезаре Анджелоти, бивш консул на Римската република 

Клисар  

Сполета, полицейски агент  

Шароне, офицер 
Тъмничар
Овчарче  
Войници, полицаи, благородници и др.

Действието се развива в Рим 1800 година

Първо действие

Бившият консул на някогашната свободна Римска република Чезаре Анджелоти е избягал от затвора.Анджелоти е бил хвърлен от своя политически противник барон Скарпия, сега диктатор на Рим и търси убежище в църквата Сант Анреа дела Вале, където неговото семейство има параклис. Там сестра му, маркиза Атаванти, молейки се за неговото освобождаване, без да знае, е използвана за модел от художника Марио Каварадоси за неговата картина на Магдалина. Момент преди клисаря да влезе (последван веднага след това от Каварадоси), Анджелоти се скрива във фамилния параклис. Клисарят помага на художника с измиването на четките. Каварадоси спира работата си за мaлко, поглежда към медалион който носи в джоба си – миниатюра на Тоска и я сравнява с модела, който използва за нарисуването на Магдалина.

Анджелоти, мислейки, че вече църквата е празна излиза от параклиса. Радва се, когато вижда Каварадоси  – художникът е негов приятел и политически съюзник. Анджелоти му разказва за своето бягство от замъка Сант Анджело (папския римски затвор).  В далечината се чува гласът на приближаващата Тоска.

Каварадоси дава на Анджелоти храна, приготвена от клисаря за него и му помага да се скрие по-бързо в параклиса, като му обяснява за ревността на своята любима.  

Флория Тоска е известна оперна певица, тя е дошла за да покани любимия си Марио Каварадоси да се срещнат след нейното представление, по късно същата вечер. Чула е гласове и нейната ревност и подозрения започват да я тормозят. Фантазиите и страховете й допълнително се подсилват от портрета на Мария Магдалина, за който очевидно не тя е модел. Нейните очи са кафяви, а тези на портрета са сини. Тоска гневно разпознава в изображението на портрета маркиза Атаванти, но Марио успокоява нейните подозрения. След като ревността й стихва, Тоска си тръгва, с условието художникът да направи  очите на Магдалина тъмни, като нейните.

Анджелоти се появява отново, неговото бягство е планирано - ще облече женски дрехи (които сестра му е оставила скрити в олтара) и ще се скрие във вилата на Каварадоси. Художникът се заклева, че дори и това да му струва живота, ще спаси Анджелоти от злодея Скарпия .

От замъка Сант Анджело се чува топовен изстрел възвестяващ, че е избягал затворник. Анджелоти и Каварадоси бързо се отправят към скривалището.

Завръща се клисарят, обграден от лудуващи деца. Внезапно пристига Скарпия, шеф на полицията, заедно със Сполета и няколко от своите подчинени да търсят избягалия затворник. В параклиса на Атаванти Сполета намира ветрилото на маркизата и празната кошница от храна на художника. Скарпия се досеща, че Каварадоси е свързан с бягството на Анджелоти.

Тоска се завръща, все още изпълнена със съмнения, без да знае,  че тук е Скарпия, който отдавна е страстно увлечен по нея. Междувременно, църквата се изпълва с народ и кардиналът се приготвя да изпълни службата. Скарпия нарочно разпалва ревността на Тоска показвайки й ветрилото на Атаванти и тя изпада в ярост. Той нарежда на агентите си да я следят.

Започва тържествена кантата по повод победата над Наполеон.

Скарпия открито заявява любовта си към певицата и коленичи за молитва.

Второ действие

Скарпия вечеря в своя кабинет и чува звуци от концерта на певицата Флория Тоска. Изпраща един от слугите си да я покани  да се присъедини към него, щом приключи с рецитала си. Той е уверен, че Тоска ще дойде заради любовта си към своя Марио. В това време пристига неговият агент Сполета, който води арестувания Каварадоси. Скарпия разпитва художника, но Каварадоси е непреклонен и нищо не разкрива.

Идва Тоска, концертът е завършил. Единствено разкритието къде е Анджелоти може да помогне на измъчвания Каварадоси. Тоска не може да понесе виковете на любимия си и в отчаянието си издава мястото.  В своята болка и унижение Каварадоси осъжда Тоска за нейното предателство.

Влиза Сполета с лоши вести – съобщението за поражението на Наполеон е невярно - при Маренго победител е той и сега войските му приближават Рим. Тази вест окуражава Каварадоси, което предизвиква гнева на Скарпия. Художникът е отведен. Тоска се опитва да го последва, но е спряна от Скарпия. Тя се обръща към него с въпроса каква е цената на свободата на Марио. Скарпия разкрива страстта си към нея – именно това е цената на свободата на художника. Тоска се опитва да избяга, но Скарпия я спира и се нахвърля.  върху нея. По време на борбата се чуват барабани. Скарпия заявява, че това са барабаните съпровождащи Марио до ешафода. Тоска се пречупва и моли за милост. Сполета донася нова вест – при залавянето Анджелоти се е самоубил. Сега вече за Каварадоси няма изход и Тоска се съгласява с унизителното предложение. Зарадван, Скарпия издава заповед Каврадоси да бъде убит с халосни патрони – така коварно обещава баронът. Написва разрешително за напускане на Рим и се устремява към Тоска, но тя яростно забива в гърдите му нож. Скарпия, пред когото целият Рим трепери, пада мъртъв. В далечината се чува звукът на барабаните…

Трето действие

Тераса на крепостта Сан Анджело. Ранна утрин. Отдалеч долита песента на овчарче. Група войници довеждат Каварадоси до мястото на разстрела. Художникът отказва предложението на тъмничаря да му доведе свещеник за предсмъртна изповед. Каварадоси само помолва да му разрешат да напише едно писмо до своята любима.

Докато пише, идва самата Тоска. Каварадоси не може да повярва на очите си. Тя всичко му разказва и художникът е поразен от силата на нейната любов и постъпка. Тоска го моли да внимава и след привидния разстрел да не става веднага, а да изчака оттеглянето на войниците.

Настава време за разстрел.  Каварадоси е изправен до стената - еква залп и той пада подкосен на земята. Войниците излизат. Внимателно Тоска се доближава до него и предпазливо му извиква да стане. Когато той не отговаря, тя се хвърля към него и  с ужас открива, че любимия й наистина е убит. Жестокият барон Скарпия е излъгал Тоска и е дал тайна заповед на Сполета да се постъпи с Каварадоси така, както и в другите подобни случаи. Обхваната от дълбоко отчаяние, Тоска ридае над трупа на своя Марио. В това време убийството на Скарпия бива открито. Сполета и Шароне бързат към крепостта, за да заловят убийцата. Тоска не иска да се предаде жива в ръцете на палачите и се хвърля от стените на крепостта.