Irlande, 1952. Philomena Lee, adolescente, découvre un secret : elle est enceinte. Rejetée par sa famille, elle est envoyée au couvent de Roscrea où les religieuses prendront soin d'elle et du bébé avant la naissance. En compensation, elle travaillera à la blanchisserie, mais sera autorisée à voir son fils, Anthony, juste une heure par jour. Le destin cruel l'arrachera à lui à l'âge de trois ans pour l'adopter aux États-Unis. 50 ans plus tard, Philomena rencontre Martin Sixsmith, un journaliste qui a perdu le sens du récit de ses jours et il est captivé par son histoire. Il la convainc d'aller avec lui à travers l'Atlantique pour retrouver Anthony, le fils qu'elle n'a pas vu depuis presque un demi-siècle