Acte 1

Sur une place de Séville, à la sortie du corps de garde et d'une manufacture de tabac, des soldats regardent les passants se promener. Micaëla, une jeune fille timide, cherche son fiancé, le brigadier Don José, mais elle apprend par Moralès, un autre brigadier, qu'il n'arrivera que plus tard et quitte les soldats. La garde montante arrive avec à leur tête un groupe d'enfants qui marche au pas de la marche militaire, suivie par le lieutenant Zuniga, Don José et les dragons. Puis la cloche de la manufacture sonne le retour des cigarières, devant tous les passants venus les admirer, mais qui en attendent une en particulier : la Carmencita. Les jeunes gens se pressent à ses pieds pour lui demander quand elle les aimera, mais celle-ci leur répond avec nonchalance par une chanson sur la désinvolture de l'amour (« L'amour est un oiseau rebelle »). Après s'être éloignée du cercle de prétendants, Carmen va aborder Don José, qui était resté à l'écart des cigarières, pour lui lancer une fleur de son corsage, signe qu'elle a choisi son nouvel amant. La cloche sonne une deuxième fois, les cigarières retournent à leur travail et Micaëla, la fiancée de Don José, réapparaît : elle est venue lui apporter une lettre de sa mère, qui émeut Don José, puis repart. Une bagarre provoquée par Carmen éclate dans la manufacture. La bohémienne est arrêtée et conduite en prison par Don José. La bohémienne entonne une séguedille (une danse andalouse) pour enjôler le brigadier, qui consent à la laisser s'enfuir.

Acte 2

Deux mois plus tard, Carmen entourée d'autres bohémiennes et de soldats chante une chanson au mouvement dansant très rapide (« Les tringles des sistres tintaient ») chez le tavernier Lillas Pastia, où se rassemblent habituellement les contrebandiers. En discutant avec Zuniga, Carmen apprend que Don José a été dégradé pour l'avoir laissée fuir et vient de sortir de prison. Un chœur au loin acclame le toréador Escamillo, qui entre dans l'auberge, entonne un toast tonitruant, et tente de séduire Carmen, sans succès. Don José vient la retrouver, et lui déclare son amour (« La fleur que tu m'avais jetée »). Carmen lui demande de la suivre, « là-bas dans la montagne » et de rejoindre un groupe de contrebandiers auquel elle apporte régulièrement son aide. Zuniga, lieutenant de Don José et prétendant de Carmen, surprend alors les deux amants. La tension monte entre les deux hommes et Don José finit par accepter la proposition de Carmen, n'ayant d'autre choix que de déserter après cette altercation avec son ancien lieutenant.

Acte 3

Les contrebandiers arrivent dans un site de montagne pittoresque et sauvage. Carmen et Don José se sont disputés. Il repense à sa mère, restée par-delà les montagnes. Frasquita et Mercédès décident de tirer leur avenir aux cartes (« Dîtes-nous qui nous aimera, dîtes-nous qui nous trahira »). Carmen les rejoint et voit qu'elle et son amant sont promis à la Mort. Après le retour du Dancaïre, l'un des contrebandiers, les trois bohémiennes partent faire diversion auprès des douaniers qui surveillent le chemin des contrebandiers. Pendant ce temps, Micaëla, aidée par un guide, rassemble son courage pour rejoindre Don José (« Je dis que rien ne m'épouvante »). Escamillo rejoint le camp des gitans pour conquérir Carmen, pensant qu'elle n'est plus avec ce « soldat qui jadis a déserté pour elle », car « les amours de Carmen ne durent pas six mois ». Une altercation s'engage alors lorsque Don José comprend ses motivations, mais les deux rivaux s'interrompent au retour de Carmen. Alors que les contrebandiers s'apprêtent à lever le camp, ils découvrent Micaëla, venue chercher Don José au nom de sa mère qui se meurt. Celui-ci menace Carmen avant de partir.

Acte 4

Une fête retentit pour les combats de taureaux à Séville. La scène se situe à l'écart de la foule, parmi laquelle se trouvent des marchands d'oranges, d'éventails, de programmes, etc. Un défilé s'engage dans la place, couronné par l'arrivée d'Escamillo et Carmen. Frasquita et Mercédès mettent leur amie en garde : Don José est toujours en cavale. La foule quitte la scène pour assister au combat d'Escamillo dans l'arène, alors que Carmen reste à l'écart. Don José arrive alors et, dans un dernier élan, tente de la reconquérir, en vain : malgré les supplications, les promesses et les menaces, la bohémienne reste inflexible et jette la bague que son amant lui avait offerte. Pendant que le combat du toréador bat son plein, Don José poignarde Carmen. Les cris de victoire de la foule retentissent alors.