Till en bakgrund av klassiska ABBA-sånger får vi här i filmversionen av succémusikalen Mamma Mia träffa den tjugoåriga Sophie. Sophie och hennes mor Donna bor på en liten grekisk ö där de tillsammans driver ett hotell. Sophie är mitt uppe i sina bröllopsförberedelser när hon till sin förvåning en dag efter att ha läst sin mors gamla dagbok, upptäcker att en av tre olika män kan vara hennes okända far. För att ta reda på vem som är hennes far så bjuder hon alla tre männen, den bohemiske Bill, stela Harry och mammans stora kärlek Sam till sin grekiska barndomsö där bröllopet kommer att äga rum. Detta utan hennes mamma Donnas vetskap. Med alla tre männen på plats går dock ingenting enligt planerna. Gammal kärlek börjar spira igen, nya kärlekshistorier tar sin början och Sophie riskerar allt för att ta reda på vem som är hennes far.
