Als die kleine Olive Hoover zur Wahl der "Little Miss Sunshine" eingeladen wird, freut sich die ganze Familie mit ihr und möchte die etwas pummelige Siebenjährige beim Schönheits-Wettbewerb unterstützen. Die schräge Truppe macht sich in ihrem alten, gelben VW-Bus auf zum Austragungsort nach Kalifornien: Der überoptimistische Vater Richard, die überforderte Mutter Sheryl, der depressive Onkel Frank, der unflätige Großvater Hoover, der wortkarge Teenager Dwayne und natürlich die fröhliche Olive. Der anstrengende, chaotische Trip sorgt dafür, dass die Familie wieder näher zusammenrückt.