Ojciec - Richard (Greg Kinnear) beznadziejny terapeuta od motywacji, próbuje sprzedać swój program osiągania sukcesu... bez sukcesu. Tymczasem otwarta i szczera mama, Sheryl (Toni Colette), bezustannie zadręcza się ekscentrycznymi problemami swej rodziny, zwłaszcza tym, że jej brat (Steve Carell), ogarnięty manią samobójczą badacz Prousta, właśnie wyszedł ze szpitala, dokąd trafił porzucony przez swego kochanka. Są także najmłodsi Hooverowie - siedmioletnia pulchna okularnica Olive (Abigaile Breslin), która marzy o udziale w konkursie piękności, oraz Dwayne (Paul Dano), nastoletni młody gniewny i miłośnik Nietzschego, który złożył ślub milczenia do chwili, kiedy nie dostanie się do Akademii Lotniczej. Zmorą rodziny jest dziadek (Alan Arkin), wyrzucony właśnie z domu starców z powodu swego skandalicznego zachowania.
Gdy jednak Olive otrzymuje zaproszenie do udziału w konkursie małych piękności Little Miss Sunshine w Kalifornii, chcąc jej towarzyszyć, cała rodzina wpycha się do swego zardzewiałego Volkswagena busa i rusza na zachód. To wspólne doświadczenie odmieni los jawnie nieudacznej rodziny w sposób, o jakim nawet nie mogli marzyć.