Richard (Greg Kinnear), o pai, tenta desesperadamente vender seu programa motivacional para atingir sucesso... sem sucesso. Enquanto isso, Sheryl (Toni Collette), a mãe a favor da honestidade plena, tenta entrosar sua excêntrica família, incluindo seu depressivo irmão (Steve Carell), que acaba de sair do hospital após ser abandonado por seu namorado. Temos ainda a ala jovem da família Hoover: Olive (Abigail Breslin), com 7 anos de idade e aspirante a rainha de concurso de beleza, e Dwayne (Paul Dano), um adolescente que lê Nietzsche e fez voto de silêncio. Para completar a família temos o desbocado avô (Alan Arkin), cujo comportamento maluco fez com que recentemente fosse expulso do asilo de idosos. Quando Olive é convidada a participar do concurso de beleza "Pequena Miss Sunshine" na distante Califórnia, toda a família parte em uma velha kombi para torcer por ela... e o resultado desse apoio é simplesmente hilário.