En 1952, Philomena (Judi Dench), adolescente irlandaise, tombe enceinte et est envoyée au couvent de Roscrea pour y être soignée comme une "femme déchue". Alors que son bébé n'était qu'un bambin, il a été emmené par les religieuses pour être adopté en Amérique. Philomena a passé les cinquante années suivantes à le chercher, mais sans succès.

Puis elle a rencontré Martin Sixsmith (Steve Coogan), un journaliste politique fatigué du monde qui a été intrigué par son histoire. Ensemble, ils partent en Amérique pour un voyage qui va non seulement révéler l'histoire extraordinaire du fils de Philomena, mais aussi créer un lien étroit et inattendu entre Philomena et Martin.

Le film est un récit fascinant sur l'amour et la perte de l'être humain qui, en fin de compte, célèbre la vie et montre qu'il est possible de rire même dans les endroits les plus sombres.