Beijing, 1964. René Gallimard, comptable à l'Ambassade de France, assiste à un récital de Song Liling, cantatrice interprétant un air de "Madame Butterfly". Bouleversé, il cherche à revoir Song, qui lui propose alors, non sans ironie, de l'initier à l'opéra chinois et aux plaisirs charnels de l'Orient. Gallimard se laisse entraîner par sa fascination pour Song qui symbolise une sorte de "Madame Butterfly" idéale. Nommé vice-consul, il continue à voir Song, qui, en réalité, lui soutire des renseignements pour son pays. Un jour, Song annonce qu'elle attend un enfant, repart dans son village et revient plus tard avec un nouveau-né. Mais la "révolution culturelle" l'envoie dans un camp de rééducation tandis que Gallimard retourne à Paris. Là, il redevient un obscur fonctionnaire. Peu après 1968, Song le rejoint, avec son fils. Il accepte, pour elle, de détourner le courrier de la valise diplomatique. Un jour, Gallimard est arrêté par les agents du contre-espionnage. Lors du procès, il découvre que Song était un homme. Refusant l'amour de Song, Gallimard se suicide en prison, après une représentation en solo de "sa" "Madame Butterfly".