ドン・ジェロームの邸宅。メンドーザが現れ、ルイーザと対面しようとする。ジェロームに席を外させたドゥエンナが変装して現れるとその醜さに彼は驚くが、ドゥエンナは彼を言いくるめ、ジェロームからの承諾など得ずに、今夜すぐに駆け落ちをしようと煽る。ドゥエンナと入れ替わりにジェロームが現れて、彼とともにメンドーザは婚約の成立を祝う。
波止場。メンドーザが友人の没落貴族、ドン・カルロスと現れ、メンドーザは事業について自慢する。二人が退場すると、クララが侍女とともに登場し、ルイーザと行き会う。クララは継母から家に閉じこめられ、フェルディナンドの協力で逃げ出してきたのだった。クララもフェルディナンドを憎からず思っているが、大胆な彼の求愛をまえに尻込みをしている。ひとまず修道院に身を寄せるというクララに、ルイーザは一日だけクララの名を名乗らせてもらえるよう頼んで承諾を得る。メンドーザと会ったルイーザは、アントニオを連れてきてほしいと頼む。クララと名乗った彼女をアントニオへあてがえばルイーザとの結婚の障壁はなくなると考えたメンドーザは承諾し、ドン・カルロスに頼んで彼女をメンドーザの家へと連れていかせる。
ドン・ジェロームの邸宅。ルイーザはドゥエンナ（側付の婦人）とともに、メンドーザから逃れる方法を考える。二人はたがいに入れ替わる計略を立て、ドゥエンナが裕福なメンドーザと、ルイーザはアントニオと結婚できるよう仕組むと決めたところへ、ドン・ジェロームがフェルディナンドを連れて部屋へ入ってくる。ジェロームはルイーザにメンドーザとの縁談を勧めるが、ルイーザは聞き入れず、フェルディナンドもルイーザに味方する。アントニオからルイーザへの手紙を見つけたメンドーザは、ドゥエンナが手引きをしたと考えて彼女を首にし追い出すが、実際に外に出ていったのは変装をしたルイーザだった。
ドン・ジェロームの邸宅の広場。貴族のドン・ジェロームと、裕福な魚商人メンドーザが商談を交わしている。同時にメンドーザは、ジェロームの娘のルイーザと結婚させてほしいと頼み、ジェロームは承諾する。メンドーザが喜んで去っていくと、ジェロームの息子のフェルディナンドが現れ、富豪の娘クララに恋を受け入れてもらえないことを嘆く。アントニオが現れて、恋人のルイーザのために窓の下でセレナードを歌う。謝肉祭のため仮面を付けた男たちにからかわれながらも彼は歌い続け、ルイーザとの二重唱になるがジェロームに追い払われてしまう。娘の処遇を考えるジェロームのことも仮面の男たちはからかっていく。
ギリシャのカロカイリ島で20歳のソフィが婚約者スカイとの結婚の準備をしている。ソフィは父親と共にバージンロードを歩くことを願っている("プロローグ")が、父親が誰なのかわかっていない。ソフィは母親の古い日記を発見し、サム・カーマイケル、ビル・オースティン、ハリー・ブライトという3名の男性と親密なデートをしていた記述を見つける("Honey, Honey")。ソフィはこの3名のうちの1人が父親と信じ、式3ヶ月前に許可なく母親ドナの名で3名に招待状を送る。式前日、ドナは自身が経営するタヴェルナに招待客を迎え入れる。最初に到着したのはドナの旧友で3回結婚離婚を繰り返した裕福なタニヤと、未婚で気ままなロジーである。3名はかつてガール・グループ「ドナ・アンド・ザ・ダイナモス」を結成していた。3名は近況を報告し合う("マネー、マネー、マネー")。その後、ソフィの父親かもしれないアメリカ人建築家サム、イギリス人銀行家ハリー、オーストラリア人冒険作家ビルが到着する。ソフィは彼らに招待したことをドナに言わないよう約束させる("サンキュー・フォー・ザ・ミュージック")。ドナは元恋人たちの登場に驚き("Mamma Mia")、涙を流す。ドナは泣きながらタニヤとロジーに状況説明し、2人はドナを励ます("Chiquitita")。タニヤとロジーはドナに昔と変わらず若いと慰める("ダンシング・クイーン")。ソフィは一目見れば父親が誰かわかると思ったが、逆に混乱するだけであった。ソフィは自分がしたことを隠しつつスカイに相談するが、スカイはソフィに必要な男性は自分だけだと語る("Lay All Your Love on Me")。ソフィのヘン・パーティにてドナ・アンド・ザ・ダイナモスが昔の衣裳を着て『Super Trouper 』を演奏する。サム、ビル、ハリーが誤って入室し、他の参加者たちは彼らも参加させる("Gimme! Gimme! Gimme! (A Man After Midnight)")。ソフィはサムと話そうと外に連れ出す。サムは自分がなぜ招待されたのか尋ねると、ソフィは罪悪感を感じて逃げ、ハリーと話しに行く。しかしハリーはソフィの父親がパーティに来ているのか尋ね、ソフィは真実を打ち明ける。最後にビルと話すとソフィはビルが、遺産全てをドナ一家に残したソフィアの甥だと知る。ビルは、ソフィがまだ赤ちゃんだった頃に同居していたドナの友人の遺産でドナがタヴェルナを建てたという話を聞いて、その友人というのがビルの叔母だと判明する。このことからお互いが親子ではないかと考える。ソフィはビルにバージン・ロードを共に歩いてほしいと言うが、ビルはまずドナに相談したいと語る。ソフィの父親について誰も知らないどころか、ドナでさえも3人と同時に付き合っていたため誰が父親なのかわかっていない。ソフィは3人にドナには何も言わないよう約束させる("きらめきの序曲")、ビルはバージン・ロードを歩くことに同意する。その後スタグ・パーティに参加していた男性たちも含む全員がヘン・パーティになだれ込む。ダンスの途中でサムはソフィを端に引き寄せ、なぜ自分が招待されたのかわかったと語る。サムは自分こそがソフィの父親だとして翌日のバージン・ロードを共に歩くと語る。その後ハリーがソフィに近付き、これまで気付かなかったことを詫び、ハリーもソフィが自分の娘であり、バージン・ロードを共に歩くと約束する。ソフィは混乱してパーティから去り、彼らを誰も落胆させたくないと考える("ヴーレ・ヴー")。