Días antes, Sophie prepara una gran inauguración junto al nuevo administrador del hotel, Fernando Cienfuegos (Andy García), y Sam (Pierce Brosnan), quien se quedó viviendo en la isla, pero ya no es el mismo tras la muerte de su amada esposa.

En la película se presentarán dos épocas distintas: la actualidad de los personajes en la inauguración del hotel, y 34 años atrás, cuando Donna en plena juventud (Lily James) se graduó de la universidad y se embarcó en la loca aventura al irse a vivir en Grecia, que la llevó a conocer a los tres posibles padres de su hija Sophie.

Este se encuentra en Nueva York aprendiendo administración hotelera y le gustaría aprovechar una oportunidad de trabajo allí.

En 1979, una joven Donna (Lily James) se gradúa en New College con Rosie (Alexa Davies) y Tanya (Jessica Keenan Wynn) ("When I Kissed the Teacher") y se prepara para viajar por el mundo.

Sin que Donna lo supiera, Harry la siguió a Grecia; sin embargo, llegó demasiado tarde y, tristemente, observa el barco que navega a lo lejos ("Why Did it Have to Be Me?").

Mientras tanto, Harry deja su negocio en Tokio para apoyar a Sophie, y en Estocolmo, Bill tiene la misma idea.

En un bar local, Donna recupera su espíritu con la ayuda de Tanya y Rosie ("Mamma Mia").

Ella descubre que Bill ha regresado a la isla y salen en su barco; Mientras se van, Sam regresa, después de haber terminado recientemente su compromiso con Donna, pero se entristece al saber que ella está con otro hombre y deja la isla una vez más.

Ella revela que Sky la rastreó en Nueva York y quiere construir una relación real con Sophie.

Todos se reúnen para su bautizo donde Tanya coquetea con el hermano de Fernando, Rafael (Jonathan Goldsmith).

Apariciones en cameo Debido al éxito de Mamma Mia!, el jefe del estudio Hollywood David Linde, copresidente de Universal Pictures contó a The Daily Mail que aunque tomaría un tiempo, podría haber una secuela.

Dijo que estaría encantado si Judy Craymer, Catherine Johnson, Phyllida Lloyd, Benny Andersson y Björn Ulvaeus estuvieran de acuerdo con el proyecto, mencionando que había muchas canciones de ABBA aún por usar.

[6]​ Ese mes más tarde, Dominic Cooper confirmó en una entrevista que regresaría para la secuela junto a Meryl Streep, Firth y Brosnan.