Irlanda, 1952. Philomena Lee (Judi Dench) é uma jovem que tem um filho recém-nascido quando é mandada para um convento. Sem poder levar a criança, ela o dá para adoção. A criança é adotada por um casal americano e some no mundo. Após sair do convento, Philomena começa uma busca pelo seu filho, junto com a ajuda de Martin Sixsmith (Steve Coogan), um jornalista de temperamento forte. Ao viajar para os Estados Unidos, eles descobrem informações incríveis sobre a vida do filho de Philomena e criam um intenso laço de afetividade entre os dois.