Em 1880, com a ajuda de um familiar e uma doação, Puccini ingressou no Conservatório de Milão para estudar composição com Stefano Ronchetti-Monteviti, Amilcare Ponchielli e Antonoi Bazzini. No mesmo ano, aos 21 anos, ele compôs a Messa, que marcou a grande associação de sua família com a música sacra. Apesar do título da obra se referir a uma Missa Ordinária Católica, atualmente o trabalho é popularmente conhecido como Messa di Gloria, um nome que tecnicamente refere-se apenas a duas orações da missa: o Kyrie e o Gloria, enquanto omite o Credo, o Sanctus e o Agnus Dei.
O trabalho antecipa a carreira de Puccini como um compositor de óperas, mostrando na Messa vislumbres do poder dramático que ele viria a trazer aos palcos; as poderosas "árias" para tenor e baixo são certamente mais operísticas que as músicas normalmente vistas nas igrejas e a orquestração e o poder dramático compara a sua Messa com o Requiem de Verdi.
Enquanto estudava no Conservatório, Puccini obteve um libretto de Ferdinando Fontana e entrou em uma competição de óperas em um ato, em 1882. Embora que não tivesse ganho, Le Villi foi encenada no Teatro Dal Verme em 1884 e chamou a atenção de Giulio Ricordi, chefe da G. Ricordi & Co., que pediu ao compositor para compor sua segunda ópera, Edgar em 1889. Edgar falou: tinha uma péssima história com um pobre libretto de Fontana. Este pode ter tido um efeito sobre os pensamentos de Puccini, pois quando ele começou a compor sua terceira ópera, Manon Lescaut, ele anunciou que seria escrita com um próprio libretto e não "de um tolo libretista". Ricordi persuadiu Puccini a aceitar Ruggiero Leoncavallo como seu libretista, mas Puccini pediu para Ricordi removê-lo do projeto. Quatro outros libretistas foram envolvidos com a ópera, pelo facto de Giacomo mudar de ideia constantemente sobre a estrutura da ópera. Foi quase que por acaso que, no final do segundo ato, Illica e Giacosa, reuniram-se para completar a ópera. Eles permaneceram juntos com Puccini nas três seguintes óperas do compositor e provavelmente, nos maiores sucessos deles: La Bohème, Tosca e Madame Butterfly.
Pode ter sido o fracasso de Edgar que fez Puccini mudar tantas vezes de ideia, Edgar quase lhe custou a carreira. Puccini se envolveu com a casada Elvira Gemignani e os associados de Ricordi fizeram vistas grossas ao estilo de vida, desde que ele fosse bem sucedido. Quando Edgar foi um fracasso, sugeriram a Ricordi que deveriam tirar Puccini, mas Ricordi disse que ele permaneceria com Puccini e pagou ao compositor com seu próprio dinheiro até sua ópera seguinte. Manon Lescaut foi um grande sucesso e Puccini tornou-se o líder operístico da época.
Em 1900 ele adquiriu uma propriedade e construiu uma vila no lago, atualmente conhecida como "Villa Museo Puccini". Ele viveu lá até 1921, quando a poluição produzida por uma turfa forçou sua mudança para Viareggio, poucos quilómetros ao norte. Após sua morte, um mausoléu foi criado na Villa Puccini e o compositor foi enterrado na capela, ao lado da sua esposa e filho, que morreram depois.
- Manon Lescaut (1893), sua terceira ópera, foi seu primeiro grande sucesso. Foi o início de sua memorável relação com os libretistas Luigi Illica e Giuseppe Giacosa, que colaboraram com ele em suas três óperas seguintes, que tornaram-se suas três óperas de maior sucesso e mais interpretadas. São elas:
- La Bohème (1896), é considerada um dos melhores trabalhos como também uma das óperas mais românticas já compostas. Junto com Tosca, é uma das óperas mais populares da história.
- Tosca (1900), foi sem dúvida a primeira ópera de Puccini ingressando no verismo, uma representação realista de fatos da vida real, incluindo violência. A ópera foi considerada de maior importância na história da ópera, por causa de muitas características significantes.
- Madama Butterfly (1904) foi inicialmente recebida com hostilidade (organizada pelos seus rivais) mas, após alguns melhoramentos, tornou-se outro grande sucesso.
Entretanto, Puccini completou La fanciulla del West em 1910 e finalmente a partitura de La rondine em 1916. Em 1918, Il trittico foi apresentada em Nova Iorque. Tratava-se de uma ópera em três atos: um episódio horroroso (Il tabarro), no estilo parisiense Grand Guignol, uma tragédia sentimental (Suor Angelica) e uma comédia (Gianni Schicchi). Das três, Gianni Schicchi é a parte mais popular, tendo uma ária conhecida popularmente: "O mio babbino caro".
Puccini morreu no dia 29 de novembro de 1924, por complicações no tratamento: uma hemorragia descontrolada levou-o a um ataque cardíaco, apenas um dia após a sua cirurgia. Notícias sobre sua morte chegaram a Roma durante uma performance de La Bohème. A ópera foi imediatamente interrompida e a orquestra tocou a Marcha Fúnebre de Frédéric Chopin. Ele foi enterrado em Milão, no túmulo da família Toscanini, temporariamente. Em 1926 seu filho transferiu o corpo do pai para a capela recém terminada na Torre del Lago.
Turandot, sua última ópera, foi deixada inacabada e as duas últimas cenas foram completas por Franco Alfano, baseada nos escritos do compositor.
Quando Arturo Toscanini conduziu a performance de estreia, em abril de 1926 (na frente de um teatro lotado e com a presença do ditador italiano Benito Mussolini), ele decidiu não interpretar a parte de Alfano. A performance foi parada na parte em que Puccini compôs. O maestro virou para o público e disse: "Aqui a ópera terminou, porque nesse ponto o maestro morreu" (alguns dizem que ele foi mais poeta e disse: Aqui o maestro abaixou sua caneta). Alguns jornalistas interpretaram a atitude de Toscanini como um gesto de desaprovação da contribuição de Alfano. Em 2009, William Hartson, no Daily Express disse a seus leitores com grande autoridade que "Toscanini nunca conduziu Turandot novamente". De facto, ele conduziu novamente nas duas noites seguintes, inclusive a parte de Alfano, em um total de três performances.
Em 2002, um novo oficial final foi composto por Luciano Berio, a partir dos rascunhos originais, mas essa versão é raramente interpretada.
Não obstante, a propaganda fascista apropriou-se da figura de Puccini e uma das marchas mais difundidas durante as paradas de rua e cerimónias públicas fascistas era o "Inno a Roma" (Hino a Roma), composto em 1919 por Puccini para a letra de Fausto Salvatori, com base nestes versos de Carmen saeculare de Horácio:
Alme Sol, curru nitido diem qui
Promis et celas alius que et idem
Nasceris, possis nihil urbe Roma
Visere maius.
Outra qualidade distintiva nas obras de Puccini é o uso da voz no estlo da fala, ou seja, canto parlando; personagens cantam frases curtas, um após o outro, como se estivessem em uma conversa. Puccini é também celebrado por seu dom melódico e muitas de suas melodias são memoráveis e populares. As suas mais simples melodias são compostas de sequências de escala, por exemplo, Quando me'n vo (Valsa de Musetta) de La Bohème e E lucevan le stelle de Tosca.
As óperas de Puccini incluem vários temas, um dos mais comuns incluem as heroínas, que são "dedicadas de corpo e alma ao seus amantes"; um fim trágico muitas vezes. Exemplos de líderes mulheres que morreram em suas óperas incluem Cio-Ci San em Madama Butterfly, Mimi em La Bohème e Tosca. De acordo com a Encyclopædia Britannica: "combina compaixão e piedade por suas heroínas com um forte traço de sadismo". Além disso, excepcionalmente para óperas escritas por compositores italianos, até essa altura, muitas das óperas de Puccini estão definidas fora da Itália, como no Japão, mineração de ouro na Califórnia, Paris e Riviera e na China.