Acte I
La scène se déroule dans le théâtre de Bourgogne. Un public nombreux et très mélangé (bourgeois, soldats, voleurs, petits nobles...) va assister à la représentation de La Clorise, une pastorale de Balthasar Baro. On y découvre Roxane, une  jeune femme précieuse,  Christian de Neuvillette, un jeune noble provincial secrètement amoureux d’elle, et le comte de Guiche qui a décidé de marier la même Roxane au Marquis Valvert, l’un de ses amis. Le rideau se lève et la pièce commence. C’est alors qu’intervient Cyrano, le cousin de Roxane, au moment où Montfleury, l’un des acteurs,  déclame sa première tirade. Cyrano l’interrompt et le chasse de la scène. Valvert intervient et se moque du nez de Cyrano. Cyrano lui répond et donne son propre spectacle à travers une brillante tirade célébrant son long appendice. Le marquis est la risée de tout le parterre. Cyrano, qui, malgré sa laideur, est secrètement amoureux de sa cousine,  Roxane, a le bonheur d’apprendre que celle-ci lui fixe un rendez-vous pour le lendemain.
Acte II
Au cours de cette rencontre, Roxane et Cyrano évoquent leur enfance heureuse. Puis Roxane révèle à son cousin qu’elle est amoureuse d’un beau jeune homme qu'elle lui demande de protéger, car il vient d’entrer comme cadet dans la compagnie de Cyrano. Elle n’a jamais parlé à ce jeune homme et n’en connaît que le nom : Christian de Neuvillette. Elle lui raconte que leur amour est né d'un regard lors d'une représentation à la Comédie. Désespéré, Cyrano accepte pourtant.  Il rencontre Christian et se prend de sympathie pour ce jeune homme courageux. Ce dernier lui avoue qu’il ne sait pas parler d’amour. Cyrano lui propose de l'aider à conquérir Roxane. Il écrira, à sa place, les lettres pour Roxane.
Acte III
Caché dans l’ombre,  sous le balcon de Roxane, Cyrano souffle à Christian sa déclaration d’amour. La jeune fille est séduite par un si bel esprit. Elle parvient à repousser les avances du comte de Guiche, dont le régiment doit partir à la guerre. Comme elle craint le départ du régiment de Christian, elle  décide de précipiter son mariage avec le jeune homme. Se rendant compte qu’il a été trompé, de Guiche  se venge et envoie aussitôt Christian et Cyrano combattre au siège d'Arras.
Acte IV
Bloqués par les Espagnols, les Gascons sont affamés  et commencent à se décourager.  Cyrano, lui, franchit régulièrement au péril de sa vie les lignes ennemies pour faire parvenir à Roxane des lettres qu'il écrit et qu’il signe du nom de Christian. Touchée par ces lettres, Roxane parvient à se rendre à Arras : elle veut témoigner à Christian son amour. Lorsque le jeune homme réalise que toutes  ces lettres sont de Cyrano, il comprend que ce n’est pas de lui que Roxane est amoureuse mais du poète qui les a écrites. Christian exige que Cyrano avoue toute la vérité à Roxane et court au combat se faire tuer. Il meurt dans les bras de Roxane, lui laissant une dernière lettre écrite par son ami. Cyrano décide de garder le secret.
Acte V
Quinze ans plus tard, Roxane, toujours amoureuse  de Christian, vit retirée au couvent où Cyrano vient très régulièrement lui rendre visite. Ce jour-là, Cyrano est tombé dans un attentat et arrive blessé à la tête. Bien que mourant, il ne dit rien à Roxane. Il lui demande juste de pouvoir lire la dernière lettre de Christian : il le fait avec une telle aisance et une telle émotion que Roxane se pose des questions. Elle reconnaît la voix entendue du haut de son balcon. Malgré l'obscurité, due à la tombée de la nuit, Cyrano continue de lire cette lettre qu’il connaît par cœur. Roxane réalise qu’alors qu’elle croyait aimer Christian, c’est de Cyrano qu’elle était vraiment amoureuse. L'amour qu'elle éprouvait ne venait pas de la beauté extérieure mais de la grandeur d’âme.  En découvrant que c’est lui qu’elle aime, Cyrano meurt heureux.