Olive Hoover, une petite fille aux formes généreuses, a été sélectionnée pour participer au concours de beauté junior, Little Miss Sunshine, en Californie. Afin de l'encourager, toute la famille décide de faire le voyage à bord d'un vieux van. Le périple va être long et mouvementé. Mais entre un oncle dépressif, un grand-père salace, un père surmené et un frère aîné qui a fait voeu de silence, le voyage ne va pas se dérouler dans les meilleures conditions. Une fois arrivée, la famille découvre l'envers du décor du concours. Mais Olive a bien préparé son numéro.
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