מרטין, עיתונאי פוליטי מתוסכל שפוטר בנסיבות לא נעימות, נתקל במקרה בסיפור חייה של פילומנה לי – אחת מעשרות נשים איריות צעירות שילדיהן נלקחו מהן ונמסרו לאימוץ כנגד רצונן על ידי הכנסייה הקתולית. פילומנה, עכשיו אישה מבוגרת, מוכנה לראשונה לספר את סיפורה הטרגי שנשמר בסוד עשרות שנים. מרטין ופילומנה יוצאים יחד למסע להתחקות אחרי עקבותיו של בנה האבוד. הוא עיתונאי ציני שמכיר את העולם יותר מידי טוב, היא אישה בת 80 ועדיין מאמינה, וביחד הם יגלו את האמת על גורלו של הבן אבוד – ויפתחו מערכת יחסים מיוחדת ומרגשת.