Les Hoover, une famille dysfonctionnelle d’Albuquerque, entament un périple tragi-comique jusqu’en Californie pour que la petite Olive puisse participer à la finale du concours de beauté junior “Little Miss Sunshine”. Toute la petite famille fait corps derrière Olive et les voilà tous entassés dans leur vieille voiture rouillée pour trois jours de route qui porteront leur lot d’événements imprévus.