Da Olive på syv, buttet og med briller, bliver inviteret til at deltage i den benhårde konkurrence om at blive Californiens 'Little Miss Sunshine', begiver familien sig af sted i deres faldefærdige folkevognsbus. Med sig har hun: far Richard, en håbløst optimistisk motivationsterapeut; mor Sheryl, bekymret husmor; sin bror Frank, homoseksuel Proust-ekspert, frisk udskrevet efter et selvmordsforsøg; Dwayne, Sheryls søn af første ægteskab, en vred, Nietzsche-læsende teenager; og endelig farfar, en grovkæftet, kværulantisk, pornografisk, heroinsniffende livsnyder. Det bliver en tragikomisk rejse fyldt med vanvittige overraskelser, inden Olives store debut - hvorefter intet længere er det samme i den lille skæve familie.