Irlanda, 1952. Philomena Lee (Judi Dench) é uma jovem que tem um filho recém-nascido quando é mandada para um convento. Sem poder levar a criança, ela o dá para adoção. A criança é adotada por um casal americano e some no mundo. Após sair do convento, Philomena começa uma busca pelo seu filho, junto com a ajuda de Martin Sixsmith (Steve Coogan), um jornalista de temperamento forte. Ao viajar para os Estados Unidos, eles descobrem informações incríveis sobre a vida do filho de Philomena e criam um intenso laço de afetividade entre os dois.

Annie está encalhada numa relação de longa duração com Duncan – um fã obsessivo de Tucker Crowe, um artista obscuro de "rock" alternativo, desaparecido há 25 anos. Quando aparece a "demo" acústica do velho álbum de Tucker, Duncan escreve uma crítica arrebatadora. Num momento de revolta, Annie publica a sua própria crítica, uma humilhação mordaz das gravações. Mas para sua surpresa, Tucker gosta da crítica de Annie e envia-lhe um "e-mail" a agradecer. Segue-se um encontro entre a antiga estrela e a namorada do seu maior fã, que virá a mudar as suas vidas.