Acte I
Un grenier à Paris, le 24 décembre, au soir
Dans leur grenier miteux, le peintre Marcello et le poète Rodolfo se plaignent du froid. Colline, leur colocataire philosophe, arrive suivi du quatrième bohémien, le musicien Schaunard qui apporte du bois, de la nourriture, du vin et de l’argent. Les trois mettent la table pour le repas dont ils rêvent depuis tant de jours, mais Schaunard insiste sur le fait que la veille de Noël, ils mangeront dehors. Soudain Benoit, leur propriétaire, apparaît et réclame le loyer impayé. Il est invité à l’intérieur, offre du vin et commence à raconter ses aventures amoureuses. Au nom de la vertu, les quatre expulsent le propriétaire marié.
Rodolfo reste pour terminer un article pendant que ses amis partent. Un coup faible se fait entendre et la voisine Mimi entre en demandant à Rodolfo d’allumer sa bougie. Rodolfo l’assiste et allume sa bougie et elle se précipite, revenant immédiatement car le vent a de nouveau soufflé la bougie. Cette fois, Rodolfo souffle aussi rapidement sa propre bougie et dans l’obscurité, Mimi laisse tomber sa clé. Elle demande à Rodolfo de l’aider à le trouver et quand il le fait, il le cache et continue de chercher jusqu’à ce que sa main touche la main de Mimi. Rodolfo renvoie ses trois amis, mais Mimi le supplie qu’ils rejoignent tous les deux ses amis en promettant, de manière très suggestive, une surprise pour plus tard dans la soirée. Rodolfo offre son bras à Mimi et le couple s’en va.

Acte II
Devant le Café Momus dans le Quartier Latin, plus tard dans la soirée
Le Quartier Latin est bondé. Les enfants se précipitent après le marchand de jouets Parpignol. Les Bohémiens dînent dehors sur le trottoir. Colline s’est fait tailler la barbe, Schaunard a ramassé une fille et seul Marcello est seul. Rodolfo achète un bonnet à Mimi et la présente à ses amis. Tout à coup, Marcello remarque que son ancienne flamme Musetta passe par là, vêtue de façon luxueuse, au bras du vieil et riche Alcindoro. Musetta remarque également son ancien amant et s’assoit près de lui pour essayer d’attirer son attention. Prétendant qu’une de ses chaussures lui pince les pieds, elle envoie Alcindoro en chercher une nouvelle et se jette dans les bras de Marcello. Alors que les six joyeux faiseurs sont sur le point de partir, un garçon apporte leur addition que Musetta ajoute à la sienne qui est laissée à Alcindoro.

ACTE III
Devant une taverne près d’une des barrières de péage de Paris. Une aube froide et humide de février
Mimi s’approche à la recherche de Marcello. Elle le supplie d’intervenir en sa faveur auprès de Rodolfo car sa jalousie a rendu leur vie ensemble impossible. Elle se cache quand Rodolfo sort de la taverne. Il dit à Marcello qu’il en a assez de Mimi et qu’il ne supporte pas ses flirts. Mais ensuite, il révèle la vraie vérité : Mimi est très malade et sa vie de pauvreté la tuera, c’est pourquoi ils doivent se séparer. Mimi surprend leur conversation et se rend compte pour la première fois que sa maladie est mortelle. Elle accepte la décision de Rodolfo de se séparer, mais ils acceptent de rester ensemble jusqu’au printemps. Marcello et Musetta se disputent à l’extérieur de la taverne, Musetta arguant qu’elle ne supporte pas sa jalousie et qu’elle déteste les amants qui se comportent comme des maris. Rodolfo et Mimi partent main dans la main.

ACTE IV
Le grenier, début d’été
Marcello et Rodolfo sont seuls et tout en faisant semblant d’être heureux aucun ne peut oublier le souvenir de son amour. Colline et Schaunard arrivent avec de la nourriture, mais cette fois seulement du pain et du hareng. Ils improvisent un repas, font semblant d’être au bal et se livrent même un faux duel, quand Musetta éclate en leur disant qu’elle a amené Mimi qui est très malade. Rodolfo se précipite dehors et fait entrer Mimi. Chacun essaie de satisfaire les dernières envies de Mimi. Musetta donne ses boucles d’oreilles à Marcello et lui demande d’acheter à Mimi un manchon chaud. Colline va mettre son manteau en gage et amener un médecin. Seule avec Rodolfo, Mimi se remémore leur première rencontre, leur court moment de bonheur, leurs rêves et leur amour. Elle remercie ses amis à leur retour et ferme les yeux. Alors que Musetta prie pour la santé de Mimi, Schaunard se rend compte que Mimi est morte.