En una hermosa isla griega, Sophie, una joven llena de sueños y anhelos, está a punto de casarse. Sin embargo, hay un detalle que le preocupa: no sabe quién es su padre. Creyendo que la presencia de su papá en su boda sería un regalo invaluable, decide tomar cartas en el asunto y busca respuestas en el diario de su madre, Donna. A través de sus lecturas, descubre que hay tres hombres que podrían ser su padre: Sam, un romántico empedernido; Bill, un aventurero de espíritu libre; y Harry, un conservador estilo británico.