"Mamma Mia!" er historien om den selvstændige, enlige mor Donna (Meryl Streep), som ejer et lille hotel på en idyllisk, græsk ø og hendes livsglade datter Sophie (Amanda Seyfried), som hun har opdraget alene og nu skal forsøge at give slip på. Til Sophies bryllup har Donna inviteret to af sine bedste veninder - den praktiske og kontante Rosie (Julie Walters) og den rige og flere gange skilte Tanya (Christine Baranski) - fra hendes tidligere backingband Donna and the Dynamos.
Men Sophie mangler en far, der kan føre hende op ad kirkegulvet, så hun har i al hemmelighed inviteret tre andre gæster, alle mænd fra Donnas fortid, tilbage til det Middelhavs paradis, de besøgte 20 år tidligere.
I løbet af 24 kaotiske og magiske timer vil ny kærlighed blomstre og gamle romancer blusse op igen på denne frodige ø af muligheder.