Acte 1
Dans la chambre des quatre bohémiens au grenier
L'acte 1 se déroule à Paris vers 1830. Un groupe de bohémiens vit dans une chambre dans un grenier. Marcello est en train de peindre pendant que Rodolfo regarde par la fenêtre. Ils sont si pauvres et si froids qu'ils brûlent un drame que Rodolfo a écrit. Colline, le philosophe, entre en tremblant et se met en colère parce qu'il n'avait pas pu mettre en gage quelques livres. Schaunard, le musicien du groupe, arrive avec de la nourriture, du bois de chauffage, du vin, des cigares et de l'argent. Il dit à ses amis qu'il a ces choses parce qu'il a un travail avec un gentleman anglais. Les autres écoutent à peine car ils ont tellement faim qu'ils essaient de manger rapidement. Schaunard les interrompt, emportant le repas, et leur dit qu'ils vont tous fêter sa chance en dînant au Café Momus à la place.
Pendant qu'ils boivent, Benoît, le propriétaire, arrive pour percevoir le loyer. Ils lui donnent beaucoup de vin pour qu'il se soûle et commence à raconter aux gens ses aventures amoureuses. Il dit alors qu'il est marié, mais les autres le jettent hors de la pièce. L'argent qui aurait dû servir à payer le loyer est divisé entre les membres du groupe pour qu'ils puissent passer un bon moment.
Les autres Bohémiens sortent, mais Rodolfo reste seul un moment pour terminer un article de journal, en promettant de rejoindre bientôt ses amis. On frappe à la porte et Mimì, une couturière qui vit dans un appartement en dessous, entre. Sa bougie s'est éteinte, et elle n'a pas d'allumettes ; elle demande à Rodolfo de l'allumer. Elle le remercie, mais revient quelques secondes plus tard en disant qu'elle a perdu sa clé. Les deux bougies s'éteignent. Il fait nuit et le couple essaie de se débrouiller. Rodolfo veut passer du temps avec Mimi. Il trouve la clé, mais ne lui dit rien et la met dans sa poche. Dans deux arias très célèbres (Che gelida manina de Rodolfo - Quelle petite main froide - et Sì, mi chiamano Mimì de Mimi - Oui, ils m'appellent Mimì), ils se racontent leurs différents parcours. Les amis de Rodolfo l'appellent pour qu'il vienne. Il préférerait rester avec Mimì, mais elle décide qu'ils devraient y aller tous les deux ensemble. Ils sortent en chantant leur amour l'un pour l'autre.
Acte 2
Le Quartier latin à la veille de Noël
Les rues sont pleines de gens heureux. Rodolfo achète un bonnet à Mimi. Les amis entrent dans un café. Musetta, qui était la bien-aimée de Marcello, entre dans le café avec Alcindoro, un vieil homme riche. Elle en a assez de lui. Elle chante une chanson coquine, en espérant que Marcello la remarque.
Marcello devient fou de jalousie. Pour se débarrasser un peu d'Alcindoro, Musetta fait semblant d'avoir une chaussure serrée et l'envoie avec chez le cordonnier. Musetta et Marcello tombent en deuil dans les bras l'un de l'autre.
On entend le bruit d'un défilé militaire. Marcello et Colline portent Musetta sur leurs épaules pendant que tout le monde applaudit. Alcindoro revient avec la chaussure réparée. Le serveur lui remet l'addition. Il est surpris par la somme qu'il doit payer et s'enfonce dans une chaise.
Acte 3
A un péage un mois ou deux plus tard
Mimì passe par le péage. Elle tousse. Elle trouve Marcello, qui vit dans une petite taverne près de la porte. Elle lui raconte sa dure vie avec Rodolfo, qui l'a quittée cette nuit-là.
Rodolfo sort de la taverne à la recherche de Marcello. Mimì se cache. Elle entend Rodolfo dire à Marcello pourquoi il l'a quittée. Au début, il dit que Mimì ne l'aime pas, mais ensuite il dit qu'il l'a quittée parce qu'elle est en train de mourir d'une maladie.
Rodolfo est pauvre et ne peut pas faire grand-chose pour aider Mimì. Il espère qu'un homme riche pourra tomber amoureux d'elle et payer pour qu'elle puisse recevoir un traitement médical. Par gentillesse envers Mimì, Marcello tente d'arrêter Rodolfo, mais elle a déjà tout entendu.
Elle doit tousser, et Rodolfo la découvre. Ils chantent leur amour perdu et s'accordent pour se séparer. Ils s'aiment tellement et acceptent de rester ensemble jusqu'au printemps. On entend Marcello et Musetta se disputer dans le fond.
Acte 4
La chambre mansardée
Marcello et Rodolfo sont tous deux tristes de perdre leurs proches. Schaunard et Colline arrivent avec un tout petit peu de nourriture. Ils font semblant d'avoir un grand festin et ils dansent tous. Musetta arrive avec des nouvelles : Mimi, qui avait trouvé un homme riche, l'a maintenant quitté et erre dans les rues en se sentant très malade et faible.
Musetta a ramené Mimi avec elle dans la chambre du grenier. Mimi est aidée à s'asseoir sur une chaise. Musetta et Marcello partent vendre les boucles d'oreille de Musetta pour acheter des médicaments, et Colline part mettre en gage son pardessus. Schaunard part tranquillement pour permettre à Mimi et Rodolfo de passer du temps ensemble. Laissés seuls, les deux se souviennent de leur bonheur passé.
Ils se souviennent de leur première rencontre. Rodolfo offre à Mimi le bonnet rose qu'il lui a acheté et qu'il a gardé en souvenir de leur amour. Les autres reviennent, avec un manchon en cadeau pour réchauffer les mains de Mimi et des médicaments, et disent à Rodolfo qu'un médecin a été appelé, mais qu'il est trop tard. Alors que Musetta prie, Mimi meurt. Rodolfo s'effondre en larmes.
