Per vendicarla, Turandot ha giurato che non apparterrà mai a nessuno.Tra la folla accorsa per vedere la decapitazione del Principe di Persia un vecchio cieco, accompagnato dalla schiava Liù, viene travolto. Lo soccorre Calaf, principe in esilio dato per morto, che riconosce in lui il proprio padre, Timur. Alla vista di Turandot, Calaf se ne innamora perdutamente e decide di tentare la prova.

Timur, Liù e i tre ministri dell'Imperatore, Ping, Pong e Pang, tentano invano di dissuaderlo: Calaf è irremovibile e accetta la sfida. Turandot gli propone i tre enigmi ed egli li svela. Disperata, la Principessa supplica il padre di non darla allo straniero. Calaf propone quindi a sua volta un enigma: se Turandot riuscirà a scoprire il suo nome prima dell'alba, lui morirà; altrimenti dovrà accettarlo come sposo. Vengono rintracciati e imprigionati Timur e Liù, che sono stati visti parlare con Calaf. Turandot stessa li interroga, ma Liù, che è innamorata di Calaf, pur di non rivelarne il nome si uccide.

Il sacrificio della giovane schiava turba Turandot, nel cui cuore si è insinuato un sentimento d'amore per lo straniero. Così, quando Calaf le rivela il suo nome, Turandot annuncia al padre che lo straniero si chiama "Amore", tra il giubilo della folla.