Die kleine Olive ist ein ganz normales Mädchen – und steht trotzdem im Finale des Schönheitswettbewerbs „Little Miss Sunshine“. Um sie zu unterstützen, reist die ganze Familie im VW-Bus quer durch die USA. Die Fahrt verspricht allerdings alles andere als reibungslos zu werden: Olives Vater ist ein erfolgloser Selbsthilfecoach, während ihre Mutter sich um ihren Bruder Frank kümmern muss. Der schwule College-Professor hat gerade einen Suizidversuch überlebt. Olives Bruder ist überzeugter Nietzsche-Leser und schweigt, bis er Jetpilot werden kann. Und der Großvater, aus dem Seniorenheim geworfen, verbringt seine Zeit mit Pornomagazinen und Heroin. Keine einfache Ausgangslage für einen gemeinsamen Roadtrip …