Кабачок Лютера. Ночь. Слышны голоса духов пива и вина, готовых прогнать скуку и людские заботы. Появляется богатый советник Линдорф, один из поклонников приехавшей из Милана примадонны Стеллы. Подкупив ее слугу Андреса, он узнает, что левша назначила свидание Гофману, и завладевает ключом от ее будуара. С веселой песней вваливаются студенты, за ними — Гофман с верным другом Никлаусом. Поэт ищет забвения в вине: встреча со Стеллой пробудила в его душе горькие воспоминания о прежней любви, ему кажется, что в Стелле слились различные женщины, которых он когда-то любил. Гофман начинает рассказ о трех своих любовных приключениях.
Первое разворачивается в просторном кабинете физика Спаланцани. Хозяин пригласил гостей, чтобы представить свою дочь Олимпию. Влюбившийся в нее с первого взгляда, Гофман стал учеником физика. Никлаус, подсмеивающийся над внезапной страстью поэта, советует ему хотя бы познакомиться с ней поближе и рассказывает о поющей кукле, которая умеет повторять «я тебя люблю». Восторженное созерцание Гофманом спящей Олимпии не может нарушить неожиданное появление Коппелиуса с мешком очков и лорнетов. Он предлагает поэту чудесные очки — настоящие живые глаза; в них Олимпия кажется Гофману еще прелестнее. Он не прислушивается к странному спору оптика и физика об отцовстве, глазах Олимпии и доходах, которые надо поделить поровну. Наконец Спаланцани выпроваживает Коппелиуса, расплатившись с ним чеком. Гости заполняют зал, Спаланцани со слугой Кошенилем вводят Олимпию, которая поет куплеты под аккомпанемент арфы. Ее рулады поражают всех, хотя по временам ее голос угасает, и когда Кошениль касается ее плеча, слышен шум, как будто заводят пружину. Оставшись наедине с Олимпией, Гофман признается ей в любви и, опьяненный страстью, не замечает странного поведения девушки: не отвечая на его рукопожатие, она судорожно мечется по комнате. Начинаются танцы, Гофман приглашает Олимпию на вальс. Она кружит его все быстрее, так что поэт без чувств падает на кушетку, а его чудесные очки разбиваются. Едва Кошениль уводит Олимпию, как из ее комнаты доносятся крики и треск ломающихся пружин. Это Коппелиус отомстил Спаланцани, выдавшему ему чек на лопнувший банк. Гости издевается над Гофманом: он влюбился в механическую куклу.
Роскошный дворец куртизанки Джульетты в Венеции. Ночь. Галерея с видом на канал полна гостей. Среди них отвергнутый Джульетто Шлемиль, ее новый любовник Питикиначчо и разуверявшийся в любви Гофман. Верный Никлаус предостерегает его от чар Джульетты — Шлемиль заплатил за ее любовь своей душой, лишившись тени, — но у п эта любовь куртизанки вызывает только презрение. Этот разговор слышит волшебник Дапертутто и решает завладеть душой Гофмана, как уже завладел душой Шлемиля. Блеском колдовского алмаза он очаровывает Джульетту, которая, подчинившись его воле, разжигает страсть Гофмана. Шлемиль затевает ссору, считая Гофмана своим счастливым соперником, и вместе с Питикиначчо намеревается его убить. Дапертутто, издеваясь над поэтом, показывает ему зеркало, и тот в ужасе не обнаруживает там отражения. Никлаус уговаривает его бежать, но Джульетта успевает шепнуть Гофману, что у Шлемиля ключ от ее покоев, и поэт готов драться на дуэта. Дапертутто вручает ему свою шпагу, в поединке Гофман убивает Шлемиля и, схватив ключ, спешит к Джульетте. Однако ее комната оказывается пустой, а куртизанка в гондоле, плывущей по каналу, обнимает Питикиначчо. Смеясь, она отдает Гофмана во власть Дапертутто.
Комната скрипичного мастера Креспеля в Мюнхене. Заходящее солнце озаряет портрет его жены, знаменитой певицы. Сидящая за клавесином Антония вспоминает нежные признания Гофмана, с которым ее разлучил отец. Креспель опасается за хрупкое здоровье Антонии и клянет поэта, заронившего в душу дочери мечты о славе; он умоляет ее не петь, хотя и восхищается великолепным голосом, живо напоминающим голос умершей жены. Несмотря на приказ хозяина запереть все двери, глуховатый слуга Франц впускает Гофмана. Вместе с Антонией они поют любовную песню, сочиненную поэтом. Внезапно появляется зловещий доктор Миракль, когда-то залечивший до смерти мать Антонии, и Гофман, спрятавшись, становится свидетелем жуткого магнетического сеанса, во время которого узнает о болезни девушки. Он уговаривает ее не думать больше о карьере певицы — она будут жить друг для друга и радоваться семейному счастью. Когда Гофман уходит, проникший сквозь стену доктор Миракль искушает Антонию славой, успехом, поклонением толпы и издевается над тихими домашними радостями. Противясь дьявольскому соблазну, Антония обращается к памяти матери, но неожиданно потрет на стене оживает, и голос матери убеждает ее петь. Миракль хватает скрипку и неистово аккомпанирует. Не выдержав нервного напряжения, Антония умирает.