Η ιστορία ξεκινά στο ελληνικό νησί Καλοκαίρι, όπου η Sophie Sheridan (Amanda Seyfried) ετοιμάζεται για τον γάμο της με τον Sky (Dominic Cooper). Η Sophie ανέκαθεν μεγάλωσε από την ανύπαντρη μητέρα της, Donna (Meryl Streep), και δεν έχει γνωρίσει ποτέ τον πατέρα της. Διαβάζει κρυφά το ημερολόγιο της μητέρας της και ανακαλύπτει ότι έχει τρεις πιθανούς πατέρες:τον Sam Carmichael (Pierce Brosnan), τον Bill Anderson (Stellan Skarsgård) και τον Harry Bright (Colin Firth).
Αποφασισμένη να μάθει ποιος είναι ο πατέρας της, η Σόφι καλεί και τους τρεις άντρες στο γάμο της χωρίς να το πει στη Ντόνα. Όταν φτάνουν, η Donna είναι σοκαρισμένη και αναστατωμένη, αλλά δέχεται να τους αφήσει να μείνουν για το γάμο. Καθώς το Σαββατοκύριακο περνάει, η Sophie γνωρίζει τον καθένα από τους άντρες και αρχίζει να αναρωτιέται ποιος είναι ο πραγματικός πατέρας της.
Εν τω μεταξύ, η Donna ασχολείται με τα δικά της συναισθήματα για το παρελθόν. Εξακολουθεί να είναι ερωτευμένη με τον Σαμ, αλλά επίσης φοβάται μην πληγωθεί ξανά. Εκμυστηρεύεται τις δύο καλύτερες φίλες της, τη Rosie (Julie Walters) και την Tanya (Christine Baranski).
Την παραμονή του γάμου, η Sophie μιλάει από καρδιάς με κάθε έναν από τους τρεις άντρες. Μαθαίνει περισσότερα για το παρελθόν τους και τις σχέσεις τους με τη Ντόνα. Μαθαίνει επίσης ότι ο καθένας τους έχει έναν ιδιαίτερο δεσμό μαζί της.
Τελικά, η Sophie αποφασίζει ότι δεν χρειάζεται να ξέρει ποιος είναι ο πατέρας της. Είναι χαρούμενη με την αγάπη και τη στήριξη της μητέρας της και των φίλων της. Παντρεύεται τον Σκάι και ζουν όλοι ευτυχισμένοι.