Dans l'Irlande catholique des années 50, Philomena Lee, une adolescente, tombe enceinte. Sa famille, qui redoute le scandale, l'envoie dans un couvent où on ne l'autorise à voir son bébé qu'une heure par jour. A l'âge de 3 ans, l'enfant lui est subitement retiré pour être adopté par des Américains. Après des dizaines d'années à le rechercher sans résultat, elle rencontre un ancien correspondant de la BBC récemment licencié, qui la persuade de partir aux Etats-Unis sur les traces de son fils. Entre la vieille dame attachée à sa foi catholique et le journaliste désabusé naît une relation pleine de respect.