Im Morgengrauen läuten die Kirchenglocken Roms, und ein Hirte singt. Ein Soldat führt Cavaradossi herein, und der Gefängniswärter sucht in den Akten nach dem Namen des Gefangenen und teilt ihm mit, dass er nur noch eine Stunde zu leben habe. Im Tausch gegen einen Ring darf er seiner Geliebten ein paar Zeilen schreiben. Tosca tritt ein, eilt zu Cavaradossi, zeigt ihm den Passierschein und berichtet ihm, was geschehen ist. Sie bittet ihn, sich bei der Hinrichtung nichts anmerken zu lassen. Das Erschießungskommando stellt sich auf, feuert auf den Gefangenen, und Mario fällt. Während die Soldaten sich zurückziehen, nähert sich Tosca ihrem Geliebten und ruft ihm zu, er solle fliehen, doch Mario ist tot.