Philomena oli vasta teini-ikäinen tultuaan raskaaksi vuoden 1952 Irlannissa. Langenneena naisena Philomena lähetettiin luostariin, jonka nunnat toimittivat hänen poikansa Yhdysvaltoihin adoptoitavaksi. Menettämättä koskaan uskoaan, etsi Philomena lastaan viidenkymmenen vuoden ajan - turhaan. Yhdessä elämään kyllästyneen toimittajan Martinin (Steve Coogan) kanssa Philomena lähtee Amerikkaan matkalle, joka muuttaa kaiken. Kadonneen lapsen mysteerin ratkeaminen ei jää ainoaksi matkan hedelmäksi, vaan myös Philomenan ja Martinin yllättävä suhde, yhtä aikaa liikuttava ja hauska, kukoistaa reissussa.