세비야의 광장 막이 오르면 오른쪽으로는 연초공장이, 왼쪽으로는 위병 초소가 보인다. 시골 처녀 마카엘라가 돈 호세를 찾아오는데 그는 오후 근무라서 지금 없다. 그녀는 추근거리는 모랄레스를 피하여 다시 오겠다며 돌아간다. 멀리서 나팔소리가 울리고 초소에서도 이에 응답하면 행진곡에 따라 교체병들이 중위 주니가와 부사관 돈 호세의 인솔로 나타난다.

교체를 마친 후 광장에 남은 주니가와 돈 호세는 연초공장 여직공에 대해 이야기를 한다. 공장의 휴식을 알리는 종이 울리고 희희덕거리며 직공들이 몰려나오며 노래를 부른다. 모든 남녀들은 카르멘 주위에 모여들지만, 카르멘은 거들떠보지도 않는다. 카르멘은 자기에게 무관심한 돈 호세를 발견하고 그를 유혹하고자 ‘하바네라’를 노래한다.

그래도 호세의 반응은 냉담하다. 카르멘은 자기가 갖고 있던 꽃을 호세에게 던져주고는 다른 직공들과 함께 공장으로 들어간다. 혼자 남은 돈 호세가 꽃을 집어들고 카르멘을 생각하고 있을 때 약혼녀 미카엘라가 나타난다. 미카엘라는 호세 어머니 편지를 전하며 하바네라와는 아주 대조적인 노래를 부른다.

갑자기 공장 쪽에서 소란스러운 소리가 나며 여직공들이 몰려나온다. 카르멘과 마누에리타가 다투기 시작하고 직공들도 두 패로 나뉘어 싸운다. 군인들은 소란을 진정시키고, 주동자인 카르멘을 감옥으로 보내기 위해 돈 호세에게 인계한다. 카르멘은 춤을 추면서 그를 유혹하고 마음이 움직인 돈 호세는 그녀를 도망가게 해 준다.

세비야의 성벽밖에 있는 주막, 릴리아스 파스티아 주막 많은 손님들이 술을 마신다. 카르멘도 집시 친구인 메르세데스, 프라스키타와 함께 춤을 추면서 즐긴다. 집주인이 주막문을 닫으려 할 때, 주니가는 카르멘을 도망가게 한 죄로 돈 호세가 감옥에 있다가 풀려날 것이라고 말한다. 투우사 에스카미요가 등장해서 ‘토레아도르’를 노래 한다.

밀수업자 당카이로와 레멘다도는 함께 일하자고 카르멘에게 제안한다. 카르멘은 감옥에서 풀려난 돈 호세에게 탈영하여 자기와 함께 밀수꾼에 가담하자고 조른다. 돈 호세와 카르멘이 옥신각신하게 되는데 돈 호세는 자기의 마음을 알리는 ‘꽃노래’를 부른다. 이때 주니가가 등장하여 돈 호세를 모욕하고 두 사람은 결투를 한다. 이 사건으로 돈 호세는 결국 부대로 돌아갈 수 없게 된다.

한밤 중 깊은 산속 막이 오르면, 밀수꾼들이 밀수품을 나르며 부르는 행진곡이 들린다. 돈 호세가 밀수업자가 된 자기의 신세와 고향에 계신 어머님 생각하며 슬픔에 잠긴다.

카르멘은 프라스키타, 메르세데스와 카드로 점을 친다. 카르멘의 점괘로 계속 죽음이 나온다.
다른 두 사람은 대운이고 카르멘은 흉조를 예고하는 점괘의 미묘한 3중창.

일행들이 하산을 하고 돈 호세 혼자 남아 있을 때, 미카엘라가 찾아와서 신의 가호를 빌며 아리아를 부른다. 갑자기 투우사 에스카미요가 등장한다. 그는 사랑하는 이를 찾아온 투우사 에스카미요이고

자신이 카르멘의 연인이라고 말한다. 돈 호세는 에스카미요와 결투를 하지만 주위 사람들이 만류한다. 에스카미요는 돈 호세에게 투우장으로 구경오라고 말한다..

미카엘라는 돈 호세에게 모친이 매일 울며 그의 귀가를 기대하고 있으며 위독하시다고 알려준다. 돈 호세는 미카엘라와 함께 하산하고, 카르멘은 투우사의 노래가 들리는 곳으로 간다.

세비야의 투우장 앞 막이 오르면 여러 잡상인들이 시끄럽게 들끓고 투우사의 행렬이 지나간다. 에스카미요는 카르멘을 대동하여 호기에 차서 등장한다.

이들은 이중창을 부르며 투우가 끝난 후 다시 만날 것을 약속하고 헤어진다.
프라스키타와 메르세데스는 카르멘에게 돈 호세가 이곳에 왔으니 조심하라고 충고한다.
하지만 카르멘은 무시해 버린다.

돈 호세는 카르멘에게 다시 사랑을 하자고 애원하지만 카르멘은 지난날에 그가 끼워준 반지를 팽개친다.

마침 투우장에서 들려오는 승리의 환호성으로 질투심에 이성을 잃은
돈 호세는 투우장 쪽으로 몸을 돌리는 카르멘을 칼로 찌르고 죽은 카르멘을 움켜잡고 울부짖는다. ‘내가 그녀를 죽였소.’ ‘나의 사랑 카르멘!’