A történet a görög Kalokairi szigeten kezdődik, ahol Sophie Sheridan (Amanda Seyfried) Sky (Dominic Cooper) esküvőjére készül. Sophie-t mindig egyedülálló anyja, Donna (Meryl Streep) nevelte, apjával soha nem találkozott. Titokban elolvassa anyja naplóját, és rájön, hogy három lehetséges apja van:Sam Carmichael (Pierce Brosnan), Bill Anderson (Stellan Skarsgård) és Harry Bright (Colin Firth).
Sophie elhatározta, hogy kideríti, ki az apja, ezért meghívja mindhárom férfit az esküvőjére anélkül, hogy elmondaná Donnának. Amikor megérkeznek, Donna megdöbben és ideges, de beleegyezik, hogy maradjanak az esküvőre. Ahogy telik a hétvége, Sophie mindegyik férfit megismeri, és azon töpreng, ki az igazi apja.
Eközben Donna a múlttal kapcsolatos érzéseivel foglalkozik. Még mindig szerelmes Samba, de attól is fél, hogy újra megsérül. Bízik két legjobb barátjában, Rosie-ban (Julie Walters) és Tanyában (Christine Baranski).
Az esküvő előestéjén Sophie szívből beszélget mindhárom férfival. Többet megtud a múltjukról és a Donnával való kapcsolatukról. Azt is megtudja, hogy mindegyiküket különleges kötelék fűzi hozzá.
Végül Sophie úgy dönt, hogy nem kell tudnia, ki az apja. Örül édesanyja és barátai szeretetének és támogatásának. Feleségül veszi Sky-t, és mindannyian boldogan élnek, míg meg nem halnak.