Акт I
Индийский царь Идрено посещает вавилонский храм Ваала, где служит верховный жрец божества Орой. Принц Ассур, чей род восходит к Ваалу, приносит своему богу жертвы. Он надеется стать преемником царицы Семирамиды на троне. Входит Семирамида. Внезапно ударяет молния, и священное пламя на жертвеннике гаснет. Орой считает это дурным предзнаменованием: пока не отомщен погибший супруг Семирамиды, царь Нин, называть нового царя не следует. Церемония прервана, все расходятся.
Появляется Арзак — капитан ассирийской армии, прибывший по тайному указанию царицы. Он мечтает увидеть приближенную Семирамиды, свою возлюбленную принцессу Адзему, которую он когда-то спас от варваров. Арзак вручает Орою ящичек, завещанный умирающим отцом. Арзак узнает, что Ассур может быть убийцей его отца.
Арзак намерен просить у Семирамиды руки Адземы, но Ассур, также влюбленный в нее, возмущен: принцесса Адзема предназначена в жены пропавшему принцу Нинию, сыну Нина.
Семирамида ждёт встречи с Арзаком, за которого она мечтает выйти. Оракул предсказал, что её душевные муки прекратятся, когда она снова выйдет замуж. Появляется Арзак. Семирамида уверяет его, что Ассур не получит Адзему. Арзак полагает, что царица знает о его любви к Адземе, однако Семирамида ошибочно полагает, что Арзак влюблён в неё.
Семирамида объявляет жрецам и придворным, что Арзак станет царём и её мужем. Все поражены, и удивление возрастает, когда царица обещает Адзему в жёны Идрено. Раздаются гром и молния, свидетельствующие о недовольстве богов; появляется призрак погибшего царя Нина. Он объявляет, что Арзак станет царём, но только после того, как принесет искупительную жертву. Арзак бесстрашно клянётся отомстить за павшего царя, однако призрак исчезает, предостерегая Семирамиду не следовать за ним, пока не придёт её время. Толпа гадает, кто мог разгневать богов.
Акт II
В зале Ассур напоминает Семирамиде, что он подстроил смерть Нина, чтобы та взошла на престол, и что она обещала свою руку в награду. Царица отрицает его слова и говорит, что, если бы её сын был жив, он бы помог ей. Ассур намерен отомстить.
В святилище Орой рассказывает Арзаку, что на самом деле тот — принц Ниний, и показывает ему свиток, написанный умирающим Нином, в котором он назвал Ассура и Семирамиду своими убийцами. Арзак клянётся убить Ассура, но не может поднять руку на собственную мать.
Адзема оплакивает потерю возлюбленного, но, когда появляется Идрено, она понимает, что Арзак ещё не женился на царице. Идрено надеется, что Адзема всё же полюбит его. Входят Семирамида и Арзак, который объявляет, что не может жениться, и показывает царице роковой свиток. Мучимая чувством вины, она умоляет новообретённого сына убить её и отомстить за отца, но Арзак надеется, что боги смилуются над его матерью.
У мавзолея Нина Ассур узнаёт от заговорщиков, что Орой запугал народ предзнаменованиями, и они упустили шанс захватить трон. Ассур планирует спрятаться в мавзолее и напасть на Арзака, но внезапно ему является ужасное видение — железная рука, размахивающая мечом. Его отряд недоумевает, полагая, что Ассур сошел с ума, но видение исчезает, и он приходит в себя. Не боясь гнева богов, он входит в мавзолей.
В катакомбах под мавзолеем жрецы ждут предателя, который намерен осквернить стены гробницы. Арзак и Орой входят в катакомбы и прячутся, поджидая противника. Появляются Ассур и Семирамида, которая надеется спасти Арзака. Все блуждают в темноте, охваченные страхом. Орой призывает Арзака нанести удар, тот случайно вонзает меч в Семирамиду, вставшую между ним и Ассуром. Орой приказывает арестовать Ассура и останавливает Арзака, пришедшего в отчаяние от того, что он случайно убил мать. Народ радуется победе богов и просит Арзака стать царём.