Trwa premiera. Christian wślizguje się za kulisy teatru, chcąc zapłacić Satine za rolę, którą przed nim odegrała, jako kurtyzana. (Hindi Sad Diamonds). W momencie, kiedy rozmawiają, nagle odsłania się kurtyna, odsłaniając parę. Zidler, grający maharadżę, przekonuje widzów, że Christian jest sitarzystą w przebraniu. Chłopak postanawia rzeczywiście odegrać tę rolę - rzuca pieniądze w stronę Satine, mówiąc „zapłaciłem mojej dziwce” i schodzi ze sceny, w stronę publiczności. Zza kulis Toulouse, który dowiedział się czemu Satine kłamała, krzyczy „Najwspanialszą rzeczą, jaką kiedykolwiek poznasz, jest kochać i być kochanym”, powodując Satine do zaśpiewania sekretnej piosenki kochanków. Christian dołącza się do niej i wraca na scenę. (Come What May - Reprise). Książę nakazuje swojemu ochroniarzowi zastrzelić Christiana, co nie udaje się. Reszta obsady dołącza się do miłosnego duetu dwojga, w czasie gdy książę opuszcza Moulin Rouge (Coup d'État - Finale).
Po opadnięciu kurtyny, Satine umiera w ramionach Christiana. Przedtem jednak prosi go, by spisał ich historię. (Nature Boy - Reprise). Rok później kabaret Moulin Rouge został zamknięty.