La storia ha inizio in un'isola greca d'invenzione e coinvolge due donne: Sophie, prossima al matrimonio con Sky, che ha sempre voluto conoscere l'identità del suo vero padre e sua madre, Donna, che non desidera parlare alla figlia del suo passato.
Sophie legge di nascosto un diario scritto in gioventù dalla madre dove ella descrive le sue relazioni sentimentali con tre uomini. La conclusione a cui giunge Sophie è che uno di loro deve essere certamente suo padre e decide di spedire l'invito di nozze a tutti e tre senza rivelare nulla a sua madre.
I tre uomini sono Harry Bright, Bill Austin e Sam Carmichael, ognuno con le proprie peculiarità. Harry è un banchiere intelligente che ride in modo singolare; Sam, un architetto già sposato all'epoca della relazione con Donna; Bill, un australiano che riassume tutti gli stereotipi degli abitanti di quel paese.
Partecipano al matrimonio, invitate da Donna, anche due vecchie amiche: Tanya, una pluridivorziata molto ricca, e Rosie, una single convinta che ama divertirsi. Le tre donne si erano conosciute anni prima formando un trio canoro chiamato Donna and the Dynamos.
Inizialmente, Sophie è portata a credere che suo padre sia Bill dopo aver saputo che sua zia, Sophia, aveva lasciato una grossa somma di denaro in eredità per tutti i suoi familiari. Donna, le aveva raccontato di averla chiamata così in ricordo di una certa Sophia, la cui eredità gli aveva permesso di aprire un locale.
Sophie chiede, dunque, a Bill di condurla all'altare il giorno del matrimonio e l'uomo accetta. Ma di li a poco, anche Harry e Sam, ciascuno convinto di essere il padre della ragazza, ne parlano con Sophie arrivando a credere anch'essi, ognuno all'insaputa dell'altro, di dover portare all'altare la figlia, finché Sophie non chiarisce a tutti, che sarà sua madre invece a darla in sposa.
Viene il giorno del matrimonio, e finalmente chiaro a ognuno che la paternità di Sophie è ancora ignota, ma a nessuno dei tre padri importa quale sia la verità: tutti e tre gli uomini sarebbero felici di far parte della vita della giovane, la quale si rende conto che, non desidera affatto sposarsi.

Ma i preparativi del matrimonio non possono andare sprecati così Donna finisce per sposare Sam, oramai da tempo divorziato. È evidente, che pure Rosie e Bill sono sentimentalmente attratti l'uno dall'altra. Harry, dal canto suo, aveva accennato ad una sua dolce metà, rivela di essere omosessuale e fidanzato con un uomo chiamato Laurence.

La storia termina con Sophie e Sky che lasciano l'isola per viaggiare in giro per il mondo.