La historia de Hoover. El padre Richard está tratando desesperadamente de vender su "Viaje de 9 pasos hacia el éxito". La madre, Sheryl, intenta encubrir los fallos de su hermano, un especialista en Proust con tendencias suicidas recientemente dado de alta del hospital tras ser despedido por su amante. Los niños Hoover tampoco están exentos de sus propios sueños improbables: su hija de siete años, Olive, sueña con convertirse en reina de belleza, mientras que su hermano Dwayne ha hecho voto de silencio hasta que asista a la Academia de la Fuerza Aérea. Cuando Olive recibe una invitación para competir por el selectivo título de Pequeña Miss Sunshine en California, toda la familia decide apoyarla. Así que allí están, hacinados en su oxidada camioneta Volkswagen: se dirigen al oeste y comienzan un tragicómico viaje de tres días que los pondrá cara a cara con acontecimientos inesperados...
La película combina humor negro, momentos emotivos y una crítica sutil a la obsesión por el éxito y la imagen en la sociedad estadounidense. Con actuaciones brillantes y un guion lleno de ironía y ternura, Pequeña Miss Sunshine es una conmovedora historia sobre la familia, la perseverancia y la autenticidad.