Historia zaczyna się na greckiej wyspie Kalokairi, gdzie Sophie Sheridan (Amanda Seyfried) przygotowuje się do ślubu ze Sky (Dominic Cooper). Sophie zawsze była wychowywana przez samotną matkę Donnę (Meryl Streep) i nigdy nie spotkała ojca. Potajemnie czyta pamiętnik swojej matki i odkrywa, że ma trzech możliwych ojców:Sama Carmichaela (Pierce Brosnan), Billa Andersona (Stellan Skarsgård) i Harry'ego Brighta (Colin Firth).
Zdeterminowana, by dowiedzieć się, kim jest jej ojciec, Sophie zaprasza wszystkich trzech mężczyzn na swój ślub, nie mówiąc o tym Donnie. Kiedy przybywają, Donna jest zszokowana i zdenerwowana, ale zgadza się pozwolić im zostać na weselu. W miarę upływu weekendu Sophie poznaje każdego z mężczyzn i zaczyna się zastanawiać, kto jest jej prawdziwym ojcem.
Tymczasem Donna radzi sobie z własnymi uczuciami związanymi z przeszłością. Nadal jest zakochana w Samie, ale boi się też, że ponownie zostanie zraniona. Zwierza się dwóm najlepszym przyjaciołom, Rosie (Julie Walters) i Tanyi (Christine Baranski).
W przeddzień ślubu Sophie rozmawia od serca z każdym z trzech mężczyzn. Dowiaduje się więcej o ich przeszłości i relacjach z Donną. Dowiaduje się także, że każdego z nich łączy szczególna więź.
Ostatecznie Sophie decyduje, że nie musi wiedzieć, kim jest jej ojciec. Jest szczęśliwa dzięki miłości i wsparciu matki i przyjaciół. Poślubia Sky i wszyscy żyją długo i szczęśliwie.