Sheryl und Richard Hoover leben zusammen mit ihrer Tochter Olive, Sheryls Sohn Dwayne und Richards Vater in Albuquerque im Süden der Vereinigten Staaten. Nachdem Olive erfährt, dass ihr nachträglich der Sieg bei der Wahl zur Little Miss Sunshine des Bundesstaates New Mexico zugesprochen wurde, will sie nun zur bundesweiten Entscheidung nach Los Angeles reisen und den Wettbewerb gewinnen. Gemeinsam mit dem schweigsamen, fünfzehnjährigen Bruder Dwayne, der erst wieder sprechen will, wenn sich sein Wunsch, Testpilot bei der Air Force zu werden, erfüllt hat, dem unkonventionellen Großvater, der gleichzeitig Trainer von Olive ist, dem suizidgefährdeten, homosexuellen Onkel Frank und ihren Eltern macht sich das pummelige Mädchen auf den Weg nach Kalifornien...