Filmen fortæller den sande historie om Philomena, der i al hemmelighed har søgt efter den søn, hun som teenager fødte i Irland og som den katolske kirke tvang hende til at bortadoptere til USA. Efter 50 års forgæves søgen får Philomena hjælp af den garvede journalist Martin Sixsmith og sammen udgør de to et umage makkerpar på jagt efter en nu voksen mand, der kun er kendt som baby Anthony.