Sheryl, moglie e madre per vocazione, alle prese con il secondo matrimonio, fatica a reggere le fila di un nucleo familiare assemblato a suon di copia-incolla: Richard, marito/padre alla ricerca ossessiva di un improbabile successo editoriale, Dwayne e Olive, rispettivamente adolescente ribelle e mini-reginetta di bellezza di provincia, il nonno, cacciato dalla casa di cura perché tossicodipendente, e, ultimo in ordine di arrivo, lo zio Frank, fratello di Sheryl reduce da un tentato suicidio. Una sgangherata famiglia, quella degli Hoover, che si ritroverà in viaggio su un cadente pulmino verso il concorso di bellezza per bambine più famoso della California, "Little Miss Sunshine", per cui la piccola Olive è stata selezionata. Il viaggio, a dir poco movimentato, ridefinirà i rapporti, e darà occasione a ciascuno, in modo inatteso e imprevedibile, di riconciliarsi con se stesso prima che con gli altri.