La pequeña Olive Hooverde 7 años, desea competir en el concurso Pequeña Miss Sunshine en el lejano California, pero esto requiere un gran esfuerzo por parte de su disfuncional familia –y de la oxidada camioneta Volkswagen– para hacer su sueño realidad.
Vete de viaje con los Hoovers, una de las familias disfuncionales más tiernas en la historia del cine. El padre, Richard (Greg Kinnear) intenta vender desesperadamente su programa motivacional de éxito… sin éxito. Mientras tanto, la madre defensora de la honestidad, Sheryl (Toni Collette), trata de apoyar a su excéntrica familia, incluyendo a su hermano deprimido (Steve Carell), recién salido del hospital después de haber sido abandonado por su amante. También están los jóvenes Hoover –la pequeña de 7 años de edad Olive (Abigail Breslin), que desea ser una reina de belleza y Dwayne (Paul Dano), un adolescente fanático de Nietzsche que se impone un voto de silencio–. A la cabeza de la familia está el abuelo (Alan Arkin), un anciano mal hablado recién expulsado de su casa de retiro por mala conducta.Cuando Olive es invitada a participar en el concurso de belleza "Pequeña Miss Sunshine" en California, la familia apila sus maletas en su vieja camioneta Volkswagen para llevarla –con resultados increíblemente divertidos.