Tình cờ Sophie tìm thấy quyển sổ nhật ký của mẹ, ghi lại những cảm xúc về những mối tình của một thời thanh xuân cuồng dại. Bà Donna (Meryl Streep) từng yêu say mê ba chàng trai trong cùng mùa hè năm ấy, nhưng cả ba người đều bỏ lại cô gái trẻ và tìm con đường riêng. Với đứa con trong bụng, kết quả của những lần vụng dại. Donna đã bị cha mẹ ruồng bỏ. Bà đã tới hòn đảo thơ mộng của Hy Lạp để mở một khách sạn và một mình nuôi dạy con.
 
Trước ngày cưới, Sophie đã giả danh mẹ gửi thư mời tới ba người đàn ông có thể là cha ruột đó. Đó là Sam Carmichael (Pierce Brosnan), giờ trở thành một doanh nhân hào hoa; BillAnderson (Stellan Skarsgard), một nhà văn thích phiêu lưu, gắn cả cuộc đời với chiếc thuyền buồm bồng bềnh trên đại dương và Harry Bright (Colin Firth), chủ ngân hàng rất thành đạt. Ba người đàn ông trung niên từ ba xứ sở khác nhau đều vội vã lên đường tới hòn đảo xinh đẹp, nơi từng in dấu những kỷ niệm ngọt ngào với cô gái Donna. Họ vô tình gặp nhau trên chiếc thuyền của Bill.
 
Phờ phạc sau một hành trình dài nhưng khi tới nơi, ba người đàn ông lại không được tiếp đón như những vị khách bình thường. Sophie thú nhận cô đã gửi thư vì muốn bất ngờ với mẹ. Vì không thể nhận ra ai là cha của mình, Sophie liền tạm thời giấu họ trong chuồng dê. Không ngờ mẹ cô phát hiện ra và bà rất bối rối. Donna tưởng họ chỉ vô tình là ba khách đến thuê phòng khách sạn và cũng không muốn để Sophie biết được chuyện cũ nên đã đuổi họ đi.
 
Với khao khát được biết mặt cha, Sophie đã bơi ra chiếc thuyền buồm để nghe tâm sự của ba người đàn ông. Cả Sam, Bill và Harry đều thổ lộ từng mê đắm Donna và đến giờ họ vẫn độc thân vì không thể quên hình bóng của cô. Sam đã bỏ Donna vì trót đính ước với một cô gái ở quê nhà. Nhưng khi nhận ra tình yêu mãnh liệt dành cho Donna, anh quay trở lại tìm nhưng lúc đó cô đã bỏ đi nơi khác. Giờ Sam đã ly dị vợ và mong mỏi nối lại hạnh phúc bên Donna.
 
Khi biết Sophie có thể là con gái của mình, cả ba người đã tranh nhau nhận là cha và muốn dẫn Sophie bước vào nhà thờ trong lễ cưới. Sau những khúc mắc giữa Donna và ba người tình cũ, giữa Sophie và người yêu, câu chuyện kết thúc bất ngờ với đám cưới lãng mạn, không còn là của Sophie nữa mà dành cho mẹ cô. Sophie lại ngân vang bài hát “I have a dream” với những giấc mơ tươi đẹp phía trước và trong niềm vui vì mẹ cô đã tìm được bến đỗ hạnh phúc….