Když Puccini viděl v Londýně hru amerického dramatika Davida Belasca o japonské gejše, byl pohnut k slzám, i když nerozuměl ani slovo anglicky. Volba látky znamenala, že musel v opeře Madama Butterfly zvládnout nové formy hudebního výrazu jako později i v Turandot. Studoval lidské zvyky a hudební formy vzdáleného Japonska, nechal si přivézt z Tokia množství gramofonových desek, aby poznal japonskou lidovou hudbu, a věnoval velké úsilí vystižení japonského koloritu. Madama Butterfly je mistrovský kus v drobnokresbě atmosféry a poezie.

Premiéra 17. 2. 1904 v milánské La Scale skončila dupotem, pískáním a nemilosrdnou kritikou – vytýkána byla zejména rozvleklost scén, zbytečné epizody v 1. dějství a malá dramatičnost. Puccini operu podrobil úpravám, rozdělil ji do tří dějství a dokomponoval tenorovou árii „Addio, fiorito asil“ (Sbohem, ty příbytku květin), v níž se americký důstojník Pinkerton loučí s místy, kde prožil krásné chvíle osudového štěstí s líbeznou patnáctiletou gejšou Cio-Cio-San, zvanou Motýlek (Butterfly). Nová verze díla byla 28. 5. 1904 provedena s obrovským úspěchem v Brescii. Její vítěznou cestu do světa zahájila anglická premiéra v Covent Garden v Londýně s Emou Destinnovou a Enrikem Carusem 10. 7. 1905.

Inscenace byla v roce 1985 nastudována v češtině. Od sezony 1991/1992 byla nově hudebně nastudována v italštině. Odehráno bylo 94 repríz. Po rozdělení pražských operních scén zůstala na repertoáru nově vzniklé Státní opery Praha s prvním představením 2. 4. 1992. Zobrazit inscenaci opery Madama Butterfly v letech 1992–2011 Zde bylo odehráno 207 představení. Po opětovném sloučení Národního divadla a Státní opery Praha se inscenace vrátila na repertoár opery od 5. 1. 2012 (302. repríza) a do derniéry se odehrála 39x. Celkový počet představení po celou dobu existence inscenace je 340.

Účinkuje orchestr a sbor Smetanova divadla, resp. Orchestr a Sbor Státní opery.