Los Hoover son una familia conflictiva: el abuelo consume cocaína y suelta palabrotas, el padre da cursos sobre el éxito con estrepitoso fracaso, la madre no da abasto, el tío se recupera de un suicidio frustrado luego de ser abandonado por su novio, el hijo adolescente se niega a hablar y la hija pequeña, Olive, 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 reúne para ir con ella. Se apilan en su oxidada furgoneta y se dirigen hacia el Oeste en un trágicómico periplo de tres días lleno de sorpresas.