Испания, XVI век. Многолетняя война между Испанией и Францией окончена, и король Испании Филипп II хочет скрепить хрупкий мир династическим браком. Он женится на французской принцессе Елизавете Валуа, изначально предназначенной в невесты его сыну дону Карлосу.
Действие I
Картина первая.
Галерея монастыря Сан-Джусто. Монахи молятся у гробницы императора Карла V — деда дона Карлоса. Дон Карлос потрясён сходством одного из монахов с Карлом V. В арии он говорит о своей любви к прекрасной Елизавете Валуа. Появляется лучший друг Карлоса — Родриго, маркиз ди Поза. Услышав о любви друга к Елизавете, он призывает Карлоса отправиться во Фландрию и стать наместником, чтобы облегчить страдания угнетенного фламандского народа и излечиться от преступной страсти. Они повторяют клятву дружбы и дают обет бороться за свободу фламандцев.
Картина вторая.
Сад у ворот монастыря Сан-Джусто. Тибо, принцесса Эболи и придворные фрейлины занимают себя пением, укрывшись от зноя. К ним присоединяется и королева. Появившийся маркиз ди Поза передаёт ей два письма: одно — от матери из Парижа, а второе — от Карлоса. Пока Елизавета читает, Родриго отвлекает Эболи галантными беседами. Он просит королеву встретиться с инфантом, к которому в последнее время король неласков. Эболи думает, что Карлос влюблён в неё. Появляется Карлос. Елизавета отпускает свиту. Пытаясь не проявлять чувств, она обещает, что уговорит короля отправить сына во Фландрию. Но Карлос, не сумев сдержаться, пылко объясняется ей в любви. После ухода дона Карлоса входит король Филипп. Найдя королеву в одиночестве, что недопустимо по придворному этикету, разгневанный Филипп изгоняет во Францию придворную даму графиню д’Аремберг. Елизавета грустно прощается с ней. Вызванный королем маркиз ди Поза рассказывает ему о бедственном положении Фландрии и умоляет дать ей свободу. Филиппа удивляет прямота и честность Родриго. Он советует ему остерегаться Великого инквизитора и поделившись подозрениями по поводу Карлоса и Елизаветы, просит маркиза следить за ними.
Действие II
Картина первая. Роща в садах королевы.
В полночь дон Карлос в волнении бродит по саду. Он получил записку от незнакомки и думает, что это королева. Появляется незнакомка в наряде королевы. Юноша начинает пылко объясняться ей в любви, но, узнав под маской Эболи, в растерянности замолкает. Когда Эболи понимает, что признания предназначались вовсе не ей, она в гневе клянется отомстить обоим. Она грозит рассказать Филиппу о преступной любви инфанта к королеве. На помощь Карлосу приходит Родриго. Он угрожает Эболи смертью, но принцесса неумолима. Родриго просит Карлоса отдать все компрометирующие его документы.
Картина вторая. Соборная площадь в Вальядолиде.
Готовится сожжение фламандцев-протестантов, которых католическая церковь считает еретиками. Толпа людей, собравшаяся посмотреть на казнь, поёт хвалебную песнь королю. Карлос приводит к Филиппу депутацию из Фландрии и Брабанта. Фламандцы умоляют Филиппа о милосердии, и к их мольбе присоединяются королева, маркиз ди Поза и народ. Однако Филипп, подстрекаемый монахами, упорствует. Карлос умоляет отца отправить его наместником во Фландрию, но Филипп презрительно отказывается. Тогда инфант обнажает шпагу и провозглашает себя спасителем несчастной Фландрии. Все возмущены. Поза разоружает Карлоса и в благодарность получает от Филиппа герцогский титул. Аутодафе продолжается; раздается голос с небес, утешающий осуждённых.
Действие III
Картина первая. Королевские покои в Вальядолиде.
Филипп погружён в невеселые мысли о том, что Елизавета не любит его. Входит Великий инквизитор. Он уверяет короля, что нет никаких препятствий к казни Карлоса, если это необходимо для спасения веры. Но Родриго, по его словам, ещё опаснее инфанта, и если Филипп будет упорствовать в защите еретика, ему придётся предстать перед Святой церковью. В смятении вбегает Елизавета: у неё похитили шкатулку с драгоценностями. Вдруг она замечает её на столе короля.
Елизавета отказывается открыть шкатулку, и тогда Филипп взламывает замок и находит внутри портрет Карлоса. Он обвиняет королеву в измене, та падает без чувств. На зов короля вбегают Эболи и Родриго, который сразу уводит Филиппа. Оставшись наедине с королевой, Эболи признается в любви к дону Карлосу и говорит, что это она украла шкатулку. Она молит о прощении. Королева велит ей покинуть двор, предлагая на выбор изгнание или монастырь. Эболи проклинает свою красоту; она клянется спасти Карлоса, прежде чем удалится от мира.
Картина вторая. Подземелье, где томится Карлос.
Входит маркиз ди Поза. Он говорит, что взял на себя вину Карлоса и найденные у него тайные бумаги инфанта выдал за свои. Маркиз прощается с другом и вновь призывает его освободить Фландрию. У дверей темницы появляются двое мужчин и стреляют в Родриго. Умирая, тот говорит Карлосу, что завтра Елизавета будет в монастыре Сан-Джусто. Вошедший король объявляет Карлосу, что он признан невиновным, но сын отталкивает его. Слышится набат: началось восстание. Филиппу грозит опасность, но появившийся Великий инквизитор с лёгкостью усмиряет толпу. Карлос убегает.
Действие IV
Монастырь Сан-Джусто.
Елизавета понимает, что её земные дни сочтены. Появляется Карлос. Он хочет попрощаться с возлюбленной. Елизавета благословляет его на битву за Фландрию, оба уповают на встречу за гробом. Появляются король, Великий инквизитор и его свита. Карлоса отлучают от церкви. Пытаясь бежать, он отступает к гробнице Карла V, которая внезапно разверзается. Появляется монах, в котором все узнают покойного императора. Он уводит Карлоса за собой в гробницу.
