В холодной мансарде Марсель работает над картиной. Рудольф оставил заказанную ему статью, которая никак не получается, и любуется видом из окна — это единственное преимущество жизни под самой крышей. Пытаясь согреть комнату, он кидает в камин большую стопу исписанной бумаги, рукопись своей драмы. Коллен, который тщетно пытался достать хоть немного денег, вернувшись ни с чем, радуется неожиданному теплу. Внезапный приход мальчишек-посыльных изменяет настроение друзей: принесены корзины с провизией, дрова, вино, стары. Вслед за ними является и податель появившихся благ Шонар; ему повезло — дама, которой надоел своими криками попугай, живущий у соседа о верхнего этажа, наняла его, чтобы он играл как можно громче, заглушая несносную птицу. Шонар так старался, что попугай сдох, а друзья могут теперь утолить голод. Как будто узнав о том, что в мансарде появились деньги, в дверях возникает домовладелец. Он пришел получить плату за жилье. Молодым людям удается его спровадить, а сами они отправляются в кабачок, который носит имя античного божка веселья Мома. Задерживается лишь Рудольф — надеется все-таки закончить статью. Не успевает он взяться за работу, как робкий стук в дверь отвлекает его. На пороге изящная девушка с ключом и потухшей свечой в руках. Она запыхалась, озябла и почти теряет сознание — подъем но высокой крутой лестнице чересчур утомителен для нее. Рудольф восхищен незнакомкой, которая оказывается его соседкой. Ей нужно всего лишь зажечь свечу, но эта процедура растягивается надолго — молодые люди чувствуют взаимную симпатию. Они рассказывают о себе, и наконец звучит признание в любви. Когда с улицы слышатся голоса трех друзей, призывающих Рудольфа, к веселой компании присоединяются оба — и Рудольф и Мими.
В Латинском квартале накануне Рождества предпраздничная суета. Продавцы зазывают прохожих. Рудольф и Мими рассматривают товары в модной лавке. Дети с шумом окружают продавца игрушек Парпиньоля. Четверо друзей и Мими занимают места за одним из столиков, стоящих перед кафе на улице. Шонар комически благословляет вшибленных. К ним подходит красивая, богато одетая дама в сопровождении важного старика. Это гризетка Мюзетта и ее покровитель государственный советник Альсиндор. Она отсылает своего спутника с каким-то поручением и присоединяется к веселой компании за столом. Мюзетта и Марсель любят друг друга, но нищая жизнь не устраивает капризную красавицу‚ поэтому она нашла себе богача. Молодые люди беззаботно пируют‚ а когда слуга подходит со счетом, Мюзетта велит отдать его старому господину, который сейчас появится. Проходит патруль, и вместе с ним друзья удаляются. Вернувшийся наконец Альсиндор видит вместо Мюзетты предъявленный ему счет с кругленькой суммой и падает в обморок.
Кабачок у заставы на Орлеанской дороге. Вместо вывески — картина Марселя. Художники и сейчас работает здесь. В окно видно, что в кабачке светло и шумно, а на улице снег, февральская стужа. В поисках Марселя сюда приходит Мими. Она жалуется ему на Рудольфа: юный поэт теперь постоянно мрачен, чем-то расстроен, таится от нее. Марсель вызывает Рудольфа на улицу, а Мими прячется и из разговора двух друзей узнает причину дурного настроения любимого: у него нет средств, чтобы дать Мими то, в чем она нуждается. В их комнате сыро и холодно, часто нечего есть, а она серьезно больна и может умереть. Мими не в силах сдержать рыданий. После трогательного объяснения влюбленные решают расстаться до весны. А в это время в кабачке между Марселем и Мюзеттой вспыхивает ссора.
Марсель и Рудольф снова в своей старой мансарде. Приходят Шонар с хлебом и Коллен с селедкой. Это все, что удалось раздобыть на ужин. Расправившись со скудной едой, друзья танцуют, причем Марсель изображает даму. Шонар и Коллен разыгрывают шуточную дуэль. Их веселье прерывает Мюзетта. Здесь, внизу, Мими. Она так слаба, что не может подняться по крутой лестнице. Рудольф и Марсель бросаются за ней, приводят, бережно поддерживая, и укладывают в постель. Мими никак не может согреться, ее руки холодны как лед. Мюзетта вынимает из ушей серьги и отдает их Марселю — это на доктора и лекарство для Мими. Больная остается наедине с Рудольфом. Они вспоминают первую встречу, погасшую свечу. Вновь звучат слова любви. Возвращаются Мюзетта и Марсель, он принес лекарства, она — муфту, о которой мечтала Мими. С детской радостью берет она муфту и, опустив на нее голову, засыпает. Мюзетта, приготовляя лекарство, тихо молится. Рудольф просит друзей не шуметь, чтобы не разбудить больную. Вот и лекарство готово. Но оно опоздало. Мими умерла.