C'est en 1999, sur la ravissante île grecque de Kalokairi que l'aventure romantique commence, dans un hôtel méditerranéen isolé, la villa Donna, tenu par Donna (Meryl Streep), sa fille Sophie (Amanda Seyfried) et le fiancé de Sophie, Sky (Dominic Cooper).
Juste à temps pour son mariage prochain, Sophie poste nerveusement trois invitations (“I Have a Dream”) destinées à trois hommes bien différents dont elle pense que l'un d'eux est son père. De trois points du globe, trois hommes s'apprêtent à retourner sur l'île – et vers la femme – qui les avait enchantées 20 ans auparavant.