Acte 1
Au sortir de la guerre, Licinius rentre chez lui en général romain victorieux. Il rencontre Cinna, qui veut savoir pourquoi il est si triste. Licinius lui avoue qu'il est amoureux de Julia et que, cinq ans auparavant, il n'a pas pu prouver à son père qu'il était digne d'elle. C'est pour améliorer sa situation qu'il s'est engagé dans l'armée. À son retour, il apprend que Julia a été contrainte de promettre à son père, sur son lit de mort, de devenir vestale et de préserver sa chasteté.

Cinna accepte d'aider Licinius et les deux hommes se quittent en renouvelant leur amitié. Les vestales chantent en l’honneur de leur déesse et de la flamme éternelle qu'elles gardent dans le temple. La Grande Vestale condamne à mort toute vierge qui romprait son vœu de chasteté. Pour célébrer la victoire de Rome, elle annonce une procession triomphale.

Julia est chargée de couronner Licinius de la « couronne d'immortalité ». Restée seule, Julia est déchirée entre sa joie de revoir Licinius et sa crainte des conséquences de son amour illicite. Au cours des festivités, la Grande Vestale choisit Julia pour garder la flamme éternelle durant la nuit. Licinius l'apprend et fait part à Julia de son projet de l'enlever du temple. Un Consul, le Souverain Pontife et toute la population célèbrent le guerrier triomphant.

Acte 2
La nuit, dans le temple, Julia implore la clémence de Vesta. Elle souhaite voir Licinius une dernière fois et se livrer ensuite à la vengeance des dieux. Devant l'autel, Licinius et Julia se disent leur amour dans la fièvre de la passion. La flamme éternelle s'éteint.

Cinna pénètre dans le temple et tente de persuader Licinius de s'enfuir. Mais Licinius refuse d’obéir à Cinna ou à Julia, qui l’exhortent à partir. Lorsque des voix se font entendre à l'extérieur, Licinius et Cinna s'en vont. Le peuple et les autres vestales envahissent le temple et condamnent le crime qui vient d'être commis. Le Souverain Pontife exige de Julia le nom de l'intrus, mais elle refuse de le révéler. Il la maudit et la condamne à mort.  

Acte 3
Cinna annonce à Licinius qu'il a levé une troupe de légionnaires afin de lui prêter secours. Licinius tente en vain de persuader le Souverain Pontife d'annuler la condamnation à mort et avoue qu'il est l'amant de Julia. Le chef des Aruspices montre au Souverain Pontife les soldats qui se rassemblent et lui recommande de retarder le sacrifice.

Mais le Souverain Pontife rejette cette idée. Avant que la sentence de mort ne soit exécutée, il fait placer le voile de Julia sur l'autel de Vesta. Si le voile prend feu, cela signifiera que Vesta pardonne à sa prêtresse. Licinius reconnaît publiquement qu’il est le coupable et demande que la vie de Julia soit épargnée. Mais Julia prétend ne pas le connaître. Soudain, un orage éclate et un éclair embrase le voile de Julia. Le Souverain Pontife proclame un miracle et le pardon de Vesta.