La cinta está basada en a la exitosa obra de Broadway Mamma Mia! que ha sido vista por más de 60 millones de personas desde su estreno en Londres en 1999.
Aunque la obra teatral no cuenta con una secuela, en 2018 se estrenó Mamma Mía! Here We Go Again en cines. La cinta cuenta la historia de las peripecias de Donna como madre soltera criando a Sophie.
Los agentes del actor Pierce Brosnan han asegurado que el actor no sabía de qué se trataba el proyecto de Mamma Mia!, pero aceptó participar porque le dijeron que Meryl Streep era la protagonista. Brosnan ha declarado que haría cualquier cosa con Streep, pues cuando era joven estuvo enamorado de ella.
Colin Firth, que interpreta a uno de los padres de Sophie, ha dicho en varias entrevista que Mamma Mia! es una de sus películas favoritas.
El director y los productores contemplaron a Rachel McAdams, Emmy Rossum, Mandy Moore y a Amanda Bynes para el papel de Sophie.
El director le ofreció a Cher el papel de Tanya, una de las mejores amigas de Donna, en Mamma Mia! Sin embargo, por cuestiones de agenda, la cantante tuvo que declinar la propuesta. Diez años después, Cher por fin se incorporó al cast como la abuela de Sophie.