De film vertelt het waargebeurde verhaal van Philomena Lee (Judi Dench), die als tiener haar buitenechtelijke zoontje ter adoptie moest afstaan op aandringen van de Iers-Katholieke gemeenschap waar ze woonde.
Wanneer ze vijftig jaar later tracht haar kind terug te vinden en daarbij op veel verzet stuit vanuit de kerkelijke organisatie, krijgt ze hulp van BBC journalist Martin Sixsmith (Steve Coogan), die in het verhaal een mooie comeback ziet voor zijn onlangs geruďneerde carričre.
Als echter tijdens hun zoektocht de puzzelstukjes op zijn plaats beginnen te vallen, ontstaat een ontroerende vriendschap tussen beiden, gebouwd op het verlangen om de waarheid boven tafel te krijgen over het onrecht wat Philomena is aangedaan.