Alors que la cantatrice vedette Eva Fontaine répète son rôle de la Gitane dans «Carmen» à l'Opéra de Paris, le corps d'une jeune ouvreuse, Manon, est retrouvé dans une loge. Très vite, Paul Santerre, un machiniste, l'amoureux de Faustine Fontaine - la fille de la diva, elle-même soprano - est suspecté puis arrêté. Tout accable le jeune homme. Pourtant Faustine refuse de croire en sa culpabilité et n'hésite pas à faire un faux témoignage pour innocenter Paul qui risque la guillotine. Rien n'y fait. L'affaire fait la une de tous les journaux: «Qui est le tueur de l'Opéra?», le tout-Paris veut savoir. Faustine parvient à convaincre l'inspecteur Lerois de l'aider à trouver le vrai coupable...