Marié à une brillante actrice américaine, Lucy, qui fait le succès de tous les films qu'il réalise, Paul, jeune cinéaste français venu travailler à Hollywood, désire s'affirmer par lui-même et, malgré l'amour profond qu'il porte à sa jeune épouse, décide de tourner au Japon une adaptation de « Madame Butterfly » avec une vraie Japonaise. Il va ainsi pouvoir mieux juger de son propre talent de réalisateur. Mais Paul va être le jouet de son producteur. En effet, Sam Lewis, doutant du succès du film sans l'interprétation de Lucy, puisque toutes les jeunes japonaises pressenties pour jouer le rôle sont affreusement américanisées, décide que Lucy serait la geisha tant souhaitée. Aussi lorsque Paul fait tourner « un bout d'essai » à cette jeune japonaise nommée Koto, il est loin de se douter que sous ce visage si merveilleusement fardé et sophistiqué, aux yeux bleus recouverts par des verres de contact noirs, se cache l'adorable frimousse de Lucy. Pour jouer convenablement son rôle, Lucy ira prendre des leçons auprès d'un vieillard dont la vie s'est passée à former des geishas qui, portant au plus haut point l'art de plaire par leur charme et la connaissance de tous les arts, sont « la distillation de tout ce qu'il y a de merveilleux dans la féminité ». L'éducation d'une geisha requiert de longues et patientes années, aussi Lucy sera confiée à une élève du vieux japonais, Kesiwi, qui saura l'aider dans son rôle si nouveau. Mais le drame éclatera lorsque Paul reconnaît sur la pellicule lors de la projection d'un « rush » la vraie personnalité de sa geisha. Influencé par cette civilisation japonaise où la femme est respectueusement dévouée à son mari, il fera sien le vieux proverbe janonais inscrit sur l'éventail que lui offre Kesiwi : « Personne ne passe avant toi, ô mon époux, pas même moi », et elle renoncera à tout jamais à sa carrière d'artiste, le soir même de la première triomphale de « Madame Butterfly », pour tomber dans les bras de Paul reconnaissant.