Els Hoover són una família conflictiva: l'avi esnifa cocaïna i solta paraulotes, el pare dóna cursos sobre l'èxit amb estrepitós fracàs, la mare no dóna abast, el tio es recupera d'un suïcidi frustrat al ser abandonat pel seu nòvio, el fill adolescent llegeix Nietzsche i es nega a parlar, i la filla petita, Olive, ulleres i lleugerament gordinflón, vol ser una bellesa. Quan un cop de sort porta a Olive a ser convidada a participar en el molt competitiu concurs de 'Petita Miss Sunshine' a Califòrnia, tota la família Hoover es reuneix per anar amb ella. S'apilen en la seva rovellada furgoneta Volkswagen i es dirigeixen cap a l'Oest en un tragicòmic periple de tres dies ple de boges sorpreses que els porta al gran debut de Olive, el qual canviarà a aquesta família d'inadaptats d'una forma que mai haguessin imaginat.