סרט המבוסס על סיפור אמיתי, נערה אשר נכנסת להריון באירלנד בשנת 1952, דבר שלא מקובל, ולשם כך פילומנה לי נשלחת למנזר "רוזקריאה" כנערה ללא מוס. לאחר שילדה, תינוקה הפעוט נלקח על-ידי הנזירות ונשלח לאימוץ בארה"ב. את חמישים השנים הבאות פילומינה בילתה בחיפושים אחר תינוקה, אך ללא הצלחה. ואז היא פוגשת את מרטין סיקסמיט, עיתונאי פוליטי עייף מן העולם שבמקרה סיפורה עורר את סקרנותו. ביחד השניים מחליטים לצאת למסע חיפוש אשר יחשוף את סיפורה יוצא הדופן של פילומינה.