Philomena raconte l'histoire vraie d'une mère à la recherche de son fils perdu. En 1952, en Irlande, Philomena Lee tombe enceinte adolescente et est envoyée au couvent de Roscrea pour être prise en charge comme une "femme perdue". Lorsque son fils n'était qu'un nourrisson, les sœurs l'ont confié à l'adoption aux États-Unis. Pendant cinquante ans, Philomena a cherché son fils en vain. Elle rencontre alors Martin Sixsmith, un journaliste blasé et cynique, en qui elle a confiance. Ensemble, ils se rendent aux États-Unis pour une quête qui leur réserve bien des surprises et qui va les lier de manière inattendue.