- Meryl Streep nel ruolo di Donna Sheridan, la madre single di Sophie e proprietaria di Villa Donna.
- Amanda Seyfried nel ruolo di Sophie Sheridan, la figlia di Donna che sta per sposarsi e vuole ritrovare suo padre.
- Pierce Brosnan nel ruolo di Sam Carmichael, uno dei potenziali padri di Sophie ed ex amante di Donna.
- Colin Firth nel ruolo di Harry Bright, un altro dei potenziali padri di Sophie ed ex amante di Donna.
- Stellan Skarsgård nel ruolo di Bill Anderson, il terzo dei potenziali padri di Sophie ed ex amante di Donna.
- Dominic Cooper nel ruolo di Sky, il fidanzato di Sophie.
- Julie Walters nel ruolo di Rosie Mulligan, la migliore amica di Donna.
- Christine Baranski nel ruolo di Tanya Chesham-Leigh, l'altra migliore amica di Donna.
- Phyllida Lloyd nel ruolo della regista del film.