這段傳奇的故事發生在上世紀60年代的北京，法國駐北京大使館的外交官高仁尼一直對中國文化有很深興趣，覺得中國文化很獨特也很神秘。業餘時間他喜歡到劇院欣賞歌劇，就在他和妻子一起去觀看由中國女伶宋麗玲主演的《蝴蝶夫人》（劇情是說一個日本妓女巧巧桑愛上一個美國海軍軍官，結婚後軍官回了美國，将她遺忘并抛棄了，後來巧巧桑含恨自殺)後，深深吸引他的不是劇情和表演，而是舞台上那位有着一頭烏黑長發、黃皮膚、黑寶石般晶瑩雙眼的中國女伶，她身上獨有的東方女性神秘又迷人的氣質，讓他很快對她産生了興趣。歌劇結束後，他在門口遇到了她，經過一番自我介紹後，迅速攀談了起來，但是她表現得很冷漠，她懷疑他喜歡剛才主演的歌劇不是因為她的表現，而是符合西方人的征服欲望，以亞洲女人為征服對象的欲望。她還一個勁的埋怨他不懂曆史，不懂中國曾經被日本侵略的曆史。高仁尼對這個女人深深着迷了，一發不可收拾，他是常來拜訪她，長久以來，宋麗玲也就對他産生了微妙的感情。之後的日子裡，他頻繁地接觸她，隻要有時間就會去戲台看望她，還經常送她回家，最終宋麗玲接受了他，兩人後來相戀了。但是他不知道這段感情并沒有帶來真正的好結果，而是給他帶來了滅頂之災。他和她每晚在房間裡柔情蜜意，她向他講述中國的傳統文化，中國女人的節操德行，用中國的傳統待客方式招待他，讓他這個法國男人不再用肉體的層面去看待她，而是被帶入了一種被她營造出來的精神境界，用中國觀念營造出來的境界，讓他忘情地沉醉其中不可自拔。但是她請求他不要讓她脫光衣服看到她的裸體，因為這在中國人的性觀念中是大忌，他尊重她的觀念，兩人通過其他方式獲得激情。對于他而言，他愛上了心儀的女子，這段特殊的婚外情是值得的，眼前的這個有内涵的中國女子是那麼神秘又迷人，讓人如此戀戀不忘捉摸不透。他被陷入得無法自拔，甚至和妻子離婚專心地愛着她。
再到後來，她告訴他，她懷孕了，她還說一定要為他生個男孩， 後面她果然生了一個男嬰，讓他喜出望外。但是她隻讓他看了孩子一眼，就把孩子帶走了，說是老家的習俗必須把孩子帶回鄉下。後來，她又對他說，文革把所有戲子打成右派被發配到邊疆勞改，這之後兩人的相聚是少之又少，她臨走前對他說，這段日子能與他相處是今生最大的快樂。這期間高仁尼為宋麗玲提供了非常多的國家情報，在他看來為愛的人做這一切都是值得的，在所不惜。後來他回到了巴黎，卻因為工作失誤被開除領事館職位，後來他改行當了郵差，在他回家快到家門口時，他又遇到了久違的她，兩人緊緊相擁。沒過多久，他被傳喚到法庭，因洩露國家機密罪被逮捕。審判庭上，此時的他又和宋麗玲相遇了，隻不過這次的她不再是女子裝扮，而是身着男裝和他一樣性别的男子。望着身穿男裝的麗玲，仁尼感覺到了奇恥大辱。法院上，面對律師和法官的逼問，他無法回答，當初為什麼察覺不到自己的情人是男兒身，而且是共産黨派來的間諜，他已經向她無意間透露了大量的軍事情報，是以被捉拿歸案，而他的情人卻對事實供認不諱，把動機過程解釋得很詳盡，那個孩子并不是他兩的，而是共産黨組織提供的棄嬰，共産黨利用她幫忙收集敵軍情報，是以她兼有戲子和間諜的雙重身份。他仍不敢相信這一切，這種荒廖至極的事居然發生在自己身上。在囚車裡，她在他面前脫光了衣服，把自己的身體全部暴露在他眼前，向他解釋了為什麼之前不敢要他看自己裸體的事實。她祈求他的原諒，問高仁尼還愛不愛他？但是他不能面對這樣的事實，高仁尼深受打擊，他接受不了自己愛了二十多年的夫妻是個男兒身。他絕望地說道：“男人愛男人，少了點什麼。”也許自己愛上的隻是一個完美的謊言。最後，他被關在了監獄裡，宋麗玲則被遣傳回國。終于，某一天他想通了，他買通獄卒讓他們提供一些表演用的化妝品和假發等道具，他把自己打扮成舞台上的蝴蝶君，向各位獄友表演歌劇，然後把自己的經曆用歌劇的形式訴說給了大家聽，最深的愛、最痛的恨、最甜蜜的希望、最蒼涼的失望，從來不是對别人，而是自己對自己的。我們與之周旋一生的，原來是自己。在大家的熱烈掌聲中，高仁尼用刀片割破喉嚨自盡來作為謝幕，也是自己生命的謝幕。
這部電影改編自現實故事，劇中宋麗玲就是現實生活中一位集演員、間諜于一身的傳奇人物時佩璞，而高仁尼就是伯納德·布爾西科，曾經的法國駐中國大使館官員。和現實一樣，這部劇看起來漏洞百出，他倆在一起20多年高仁尼都不知道對方是男人，這看起來是如此荒唐。但是不可否認的是，高仁尼真的愛上了一個女人，隻不過那個女人是男人扮的，宋也對他動了感情，隻是這段感情不能長久，知道真相的高仁尼更不能接受這段畸戀，但是他對她的感情也不能算是正常的，最大的可能是兩人都是同志，從頭至尾沒有欺騙與被欺騙，隻是礙于當時的社會環境不敢公開，于是千方百計地找借口遮掩。宋曾經問過他，為什麼他會看上她這個胸部平得像男孩子的女人，可他的回答是，不是平的像男孩，而是像中學女孩還沒發育完全而已。宋經常對他訴說中國女人的地位地下，不被重視，幾千年來一直受到不公正待遇，是以她對西方男人有種依賴感，因為西方男人有别于中國的男人，他們會比中國男人更尊重女性。高仁尼的行為看似在憐憫對方，代替劇中人來撫慰對方的傷痛，如果撇開意識形态的問題去看，高仁尼的悲劇是一則最為典型的因認識滞後而導緻的悲劇案例。他用西方人的思維站在所謂西方人的立場上，臆造出一種逆向思維的産物——蝴蝶夫人，他所認知的所有關于東方女性的形象均是和西方的文化對比後得出的。他始終沒有真正關照過東方文明的主體、東方人個體的差異、現實和幻象的差別。宋對高仁尼或許是真愛，可是高仁尼最終發現他不過是愛上了一個美麗的謊言，不是他真正期待的完美愛情。他的悲劇是集體無意識的悲劇也是個人無知的悲劇。