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Filumena, una matura signora con un passato da prostituta, è stata per circa trent'anni mantenuta di Don Domenico (Mimì) Soriano - ricco pasticciere napoletano e suo cliente di vecchia data - di fatto amministrando e sorvegliandogli i beni e la casa come una vera e propria moglie. Per costringere Don Mimì a sposarla e a fargli smettere la sua vita dissoluta dietro alle ragazzine, si finge morente, favorita anche da un prete e un medico, e si fa quindi sposare con la falsa prospettiva, per Domenico che la crede in fin di vita, di un breve legame. Dopo aver scoperto l'inganno, Domenico, furente, si rivolgerà a un avvocato, che inesorabilmente spiegherà a Filumena che il suo stratagemma è stato inutile, perché un matrimonio contratto con l'inganno non può essere valido. Davanti al trionfo di Domenico, la donna risponderà raccontandogli il disprezzo per la sua vita dissoluta e la sua ingratitudine (altamente drammatico il monologo sulla sua infanzia nel Vico San Liborio di Napoli) e gli confesserà di avere tre figli, che non la conoscono come la loro madre e che ha cresciuto sottraendogli piccoli beni; uno di questi è suo figlio. Don Mimì naturalmente non le crede, ma Filumena gli ricorda quando una notte volle amarlo di un amore vero senza limiti che lui non capì pagandola come al solito. Filumena ha conservato quella banconota su cui ha segnato la data di quella notte, in cui ha concepito suo figlio e che ora restituisce a don Mimì, «...perché i figli non si pagano».Filumena ha deciso di dire ai giovani di essere la loro madre. Anche Don Mimì conoscerà i figli di Filumena e cercherà inutilmente di scoprire quali di questi può essere suo figlio. Filumena non gli dirà mai quale è suo figlio poiché sa che don Mimì dedicherà solo a questo il suo amore favorendolo a scapito degli altri e facendo nascere la discordia tra loro. Quindi se don Mimi vuole essere padre per suo figlio lo deve essere per tutti e tre. Alla fine Domenico deciderà di sposare, sconsolatamente e disperatamente, Filumena e di essere padre dei suoi tre figli.