Parigi, Vigilia di Natale, una soffitta gelata. Rodolfo e i suoi amici bohémien bruciano i manoscritti del poeta per scaldarsi. Bussano alla porta: è Mimì, la vicina, che chiede di accendere la sua candela. La candela si spegne di nuovo — forse non per caso. Nell'oscurità, le loro mani si incontrano. 'Che gelida manina' canta Rodolfo. Si innamorano nel giro di cinque minuti.

La notte di Natale al Caffè Momus: allegria, vino, Musetta che fa impazzire Marcello. Ma l'inverno avanza. Rodolfo e Mimì litigano, si lasciano. Rodolfo confessa a Marcello la verità: ha lasciato Mimì perché è malata e lui è troppo povero per curarla. La povertà che distrugge l'amore — non la gelosia, non il tradimento.

Mesi dopo, nella stessa soffitta. Rodolfo e Marcello fingono allegria ma pensano ai loro amori perduti. Musetta irrompe: Mimì è qui fuori, non riesce più a salire le scale. La portano dentro. Mimì è ridotta a un'ombra. Ma è serena — è tornata dove è stata felice. Gli amici escono a cercare medicine e un manicotto per scaldarle le mani. Rimangono soli. Mimì si addormenta. Rodolfo la guarda sorridere, pensa che stia meglio. Marcello rientra. Musetta piange. Rodolfo capisce tutto.