Los Hoover son una familia conflictiva: el abuelo esnifa cocaina y suelta palabrotas, el padre da cursos sobre el exito con estrepitoso fracaso, la madre no da abasto, el tio se recupera de un suicidio frustrado al ser abandonado por su novio, el hijo adolescente lee a Nietzsche y se niega a hablar, y la hija pequeña, Olive, gafotas y ligeramente gordinflona, quiere ser una belleza. Cuando un golpe de suerte lleva a Olive a ser invitada a participar en el muy competitivo concurso de 'Pequeña Miss Sunshine' en California, toda la familia Hoover se reune para ir con ella. Se apilan en su oxidada furgoneta Volkswagen y se dirigen hacia el Oeste en un tragicomico periplo de tres dias lleno de locas sorpresas que les lleva al gran debut de Olive, el cual cambiara a esta familia de inadaptados de una forma que nunca hubieran imaginado.