Радња се одвија у Напуљу у богатој кући педесетдеветогодишњег дон Доменица Сориано-а, успешног предузетника. У соби су и сам Дон Доменицо, Донна Филумена Мартурано, жена са којом је живео последњих двадесет година, Донна Росалиа Солимене, седамдесетпетогодишњакиња која је делила најтужније тренутке у Филуменину животу, као и Алфредо Аморосо, старији слуга Дона Доменица. Једном је дон Доменицо повео Филумена са собом из најнижих слојева напуљског друштва; у то време је радила у кући толеранције. Након смрти његове супруге, Филумена се после две године њиховог познанства надао да ће се дон Доменицо оженити за њу, али то се није догодило. Тако је живела у његовој кући са Росалијом Солимене, као полу-љубавница, полу-робиња, а осим тога, проверила је рад његових фабрика и продавница, док се сам власник забављао у Лондону и Паризу, на коњским тркама и са женама. Коначно, Филумена је одлучила да стане на крај свом обесправљеном положају: претварала се да је ужасно болесна, да има смртну смрт, позвала је свештеника наизглед на последњу причест, а потом замолила дон Доменицо да испуни жељу умируће жене и дозволи јој да се на њеном смртном кревету пореди са њим брак. Чим је дон Доменицо испунио њен захтев, Филумена је одмах скочила из кревета, доброг здравља и најавила му да су сада муж и жена. Дон Доменицо је схватио да је пао за њен мамац и потпуно је у њеној моћи. Сада је бесан и обећава да неће штедети ни новца ни снаге да уништи и сруши подмукле.
Током љутитог препирања, Филумена оптужује Доменица за чињеницу да се према њој увек ниско опходио, па чак и кад је помислио да је, кад је умрла, у свом кревету пољубила неку девојку која је под кринком медицинске сестре доведена у кућу. На крају свог оптужујућег говора, Филумена каже да има три сина, која Доменицо не зна, и да би их одгајала, често је крала новац од њега, а сада ће постићи да ће они носити име Сориано. Доменицо и Алфредо су запањени. Росалие је то дуго свесна. Филумена моли Доменицу да се не плаши веома много, јер деца нису он и већ су одрасли. Често их види, али њени синови не знају да је она њихова мајка. Један од њих, уз њену помоћ, постао је водоинсталатер, има своју радионицу, ожењен је и има четворо деце. Друго, његово име је Риццардо, држи продавницу мушког доњег веша; трећи, Умберто, постао је књиговођа и чак пише приче за новине.
Алфредо збуњено извештава да су конобари из ресторана дошли и донијели вечеру коју је Доменицо ујутро наредио, помисливши да ће до вечери већ постати удовац и да се може забавити са младом Дианом, управо оном с којом се љуби крај кревета „умируће“ Филумене. Убрзо се појављује и сама Диана. Веома је елегантна и гледа према свима. Испрва не примјећује Филумена, разговарајући о својим плановима, али кад је види, устаје и одмара се, Филумена се према њој опходи прилично нагло и тјера је ван. Доменицо се заклиње да, док је жив, ноге синова Филумена неће бити у његовој кући, али сигурна је да је он то учинио узалуд, јер зна да неће моћи да одржи реч; једног дана, ако не жели да умре проклет, мораће да је пита за милостињу. Доменицо јој не верује и даље прети да ће се опходити с њом.
Следећег дана, Алфредо, који је читаву ноћ седео са дон Доменицом код парапет споменика Царацциоло, кашље и моли жанр Луције да му донесе кафу. Док чека, Росалиа напушта собу Филумена. Мора да у име своје љубавнице пошаље три писма. Алфредо покушава открити коме су упућени, али Росалиа строго чува поверљиву тајну. Дон Доменицо, који се вратио са улице, сам пије предвиђену Алфредо кафу на велико незадовољство свог слуге. Убрзо Филумена излази из спаваће собе и наређује да припреме две собе за своја два самохрана сина. Ожењен остаје да живи тамо где је живео раније. Луциа се мора преселити у кухињу са свим својим стварима.
Док су жене заузете припремама, Диана и Ноцелл-ов адвокат улазе у кућу. Желе да разговарају са дон Доменицом и сва тројица се повуку у канцеларију власника. У међувремену, Умберто, један од Филуменина синова, улази у трпезарију и нешто пише. Риццардо који се појавио након њега не обраћа пажњу и одмах почиње да флертује са Луцијом. Последњи је Мицхеле, трећи син. Риццардо се понаша пркосно; његов начин држања доводи до чињенице да је Мицхеле приморана да се бори са њим. Умберто их покушава раздвојити. Иза ове свађе, Филумен их такође хвата. Жели да озбиљно разговара са њима, али то је омета инвазија задовољне Доменице, Дајане и адвоката. Ноцеллин адвокат објашњава Филумени да је њен чин био незаконит и да нема права на дон Доменицо. Филумена верује ријечима адвоката, али зове са терасе троје младих, говори им о свом животу и признаје да је им мајка. Сва тројица су веома узбуђена. Мицхеле је драго што су његова дјеца имала баку, о којој су толико дуго питали. Пошто ће Филумен напустити кућу Дон Доменицо, он јој нуди да се пресели код њега. Она пристаје, али моли своје синове да је сачекају доле.
Остављена сама са Доменицом, она га обавештава да је један од тих младих људи његов син. Да каже која, она то одбија. Не верује јој, уверен да ће, ако је икада очекивала дете од њега, дефинитивно искористити за удају за њега. Филумена одговара да би га, када би знао за наводно дете, натерао да убије. Ако је његов син жив, онда је то само њена заслуга. На крају, она упозорава Доменица да ће, ако деца сазнају да је он отац једног од њих, убити. Десет месеци након претходних догађаја, дон Доменицо, који се успео развести од Филумена, сада ће се заиста оженити за њу. За то време се много променило. Нема више безобразних интонација или гестова. Постао је мекан, готово покоран.
У соби се појављују три сина Филумена који су дошли на венчање. Док њихове мајке нема, Доменицо разговара с њима, покушавајући да својим понашањем и навикама утврди ко је од њих његов син. Додуше, тешко му је направити избор, јер све оне, попут њега, воле девојке, али ниједна од њих не зна како да пева, мада је и сам Доменицо у младости окупљао пријатеље, волео да пева, а онда су серенеде биле у моди, а Филумена је изашла из своје собе ; у венчаници је, врло је лепа и изгледа млађе. Доменицо моли младе људе, заједно са Росалијом, да оду у трпезарију и попију пиће, а он настави са младенком разговор на тему која га дуго мучи: занима га ко је од три сина. Пита је за "милостињу", коју је предвидио Филумен.
Свих ових десет месеци дошао је код ње, у кућу до Мицхеле-а, и покушавао да разговара с њом, али стално су му говорили да Филумена није код куће, док на крају није дошао и замолио је да се уда за њега, јер је разумео која је воли и не може живјети без ње. Сада, пре венчања, жели да сазна истину. Филумена организује тест за Доменицо: испрва признаје да је његов син Мицхеле, водоинсталатер. Доменицо одмах покушава да смисли нешто што би могло побољшати живот његовог сина. Затим га увјерава да је његов син Риццардо, а затим признаје да је Умберто, али не говори истину. Доказала му је да ће, ако Доменицо открије ко је његов прави син, раздвојити га и више га воле, а остали ће се патити или чак убити. Њихова породица је пронашла пуноћу прекасно, и сада је треба вредновати и заштитити. Доменицо се слаже са Филуменом и признаје да су деца деца, ма ко били, то је велика срећа; нека све остане исто и свако крене својим путем. Након церемоније венчања, Доменицо обећава младим људима да ће их подједнако волети, и блиста од среће када га сва тројица, збогом, назову татом.