Sophie Sheridan prépare la réouverture de l'hôtel de sa défunte mère, Donna. C'est l'occasion pour elle de réunir ses trois pères et de se plonger dans l'histoire de sa génitrice maintenant qu'elle aussi attend un enfant. À travers le journal intime de Donna, les histoires de la mère et de sa fille se font écho. On voit Donna rencontrer Bill, Harry et Sam, vivre trois histoires d'amour enchevêtrées et se découvrir elle-même. Le passé de la mère et le présent de la fille sont étroitement liés par la famille, l'amour et l'amitié mais aussi par le lieu, l'île de Kalokairi, en Grèce, où tout commence lorsque la jeune Donna décide d'y passer ses vacances d'été