Действие I
Париж, апрель 1789. Страну сотрясают первые волнения революции. Маркиз де ля Форс и его сын, шевалье, беспокоятся о Бланш. Она должна вернуться домой, но толпа задерживает ее экипаж. Когда Бланш наконец-то появляется, она подробно рассказывает о происшествии. Бланш испытывает страх перед людьми: тень служанки пугает ее, она нервничает. Нервное потрясение, с которым она не может справиться, заставляет ее сообщить отцу, что она решила уйти в монастырь.
Неделей позже, монастырь кармелиток в Компьене. Пожилая настоятельница, Мадам де Круасси, расспрашивает Бланш и объясняет девушке, что монастырь – не убежище, а дом молитвы. Настоятельницу трогают намерения Бланш начать новую жизнь.
Бланш обсуждает страх смерти с молодой сестрой Констанцией: та считает, что его необходимо преодолеть. Бланш завидует решимости своей товарки и ее легкому характеру. Сестра Констанция повергает Бланш в ужас: она говорит, что они обе умрут молодыми в один день.
Мадам де Круасси на смертном одре старается казаться спокойной. Она благословляет Бланш и поручает ее, самую младшую из сестер ордена, заботам верной матери Марии. Настоятельница признается, что в смертный час испытывает страх, а затем падает бездыханной.
Действие II
Ночью сестра Констанция и Бланш бдят у тела настоятельницы в часовне. Бланш поддается страху и готова бежать, но в этот момент появляется мать Мария. Понимая, что девушке по-настоящему жутко, мать Мария пытается успокоить ее.
Сестра Констанция надеется, что мать Мария станет новой настоятельницей. Она не понимает, почему такая благочестивая душа, как мадам де Круасси, должна была умирать в муках. Возможно, говорит сестра Констанция, люди умирают не ради себя, а ради других, и однажды кто-то другой обретет легкую смерть.
Новая настоятельница, мадам Лидуан, собирает всех обитательниц монастыря, призывая их к смирению и терпению. В монастырь приходит шевалье, брат Бланш. Он намерен покинуть страну и уговаривает Бланш оставить монастырь и вернуться домой к отцу. Бланш отвечает, что ее долг - быть там же, где ее сестры.
Священник, которому запрещено отправлять службы, проводит последнюю мессу. Монахини опасаются происходящего в стране, мать Мария рассуждает о том, предназначено ли им судьбой принести себя в жертву. Мадам Лидуан напоминает, что мученичество не выбирают по доброй воле, его может ниспослать только Господь. Раздается стук, слышен шум разъяренной толпы. Появляются два комиссара. Они сообщают сестрам, что те изгнаны из монастыря. Один из них обещает матери Марии, что сделает все, чтобы обеспечить их безопасность. Одна из сестер отдает Бланш образ младенца Христа. За стенами слышны революционные возгласы. Бланш в волнении комкает образ. Ей видится в этом дурное предзнаменование.
Действие III
В опустевшей часовне в отсутствие мадам Лидуан мать Мария склоняет сестер тайным голосованием принять общее решение и дать обет мученичества. Заметив реакцию Бланш, остальные решают, что она воспротивится клятве. Результаты голосования оглашены, но единственный голос против принадлежит сестре Констанции. Она просит разрешения изменить свое мнение, и сестры приносят общий обет. Бланш испытывает ужас и перед жизнью, и перед смертью. Она убегает. Кармелиток уводят из монастыря.
Отец Бланш отправлен на гильотину, сама Бланш вынуждена работать в разграбленном доме как прислуга. Мать Мария находит ее там и уговаривает вернуться к сестрам. Уже на улице Бланш узнает, что монахини арестованы.
В тюрьме Консьержери мадам Лидуан присоединяется к обету мученичества, данному сестрами.
Сестре Констанции приснилось, что Бланш вернется. Тюремщик зачитывает смертный приговор. Мадам Лидуан благословляет сестер. Мать Мария узнает от священника, что монахини приговорены к смерти, и хочет присоединиться к ним. Но священник напоминает ей, что только Господь дарует мученический венец.
На площади Революции собралась толпа. Кармелитки во главе с мадам Лидуан шествуют на гильотину, они поют хвалу Богородице. С каждым ударом ножа их голоса по одному пропадают, пока, наконец, не остается одна сестра Констанция. Она восходит на эшафот и видит, как Бланш выходит из толпы, подхватывая священный гимн, и следует за ней на смерть.