Una familia compuesta por el abuelo Edwin, el padre Richard, la madre Sheryl, dos hijos llamados Dwayne y Olive, y el hermano de la madre, Frank. Richard es un comerciante en camino hacia el fracaso que trata de vender un programa de 9 pasos para llegar al éxito, se diría que no funcionan en absoluto. 

La madre está totalmente agobiada por su familia y por su hermano ya que fue expulsado hace poco del trabajo recién salido del hospital debido a un intento de suicidio por la decepción de su amante. Dwayne es el hijo mayor y está harto de el mundo y odia a todos, se comunica a través de un boli y una pequeña libreta. Olive la hija menor es rubia de ojos azules y está algo rellenita pero sigue su sueño por ganar Pequeña Miss Sunshine. 

Su mayor apoyo para ganar este concurso, su abuelo quién la apoya más que nadie.  El abuelo fue expulsado de la residencia por esnifar heroína y ser un adicto al sexo.

 Olive muy ilusionada es invitada a participar en Pequeña Miss Sunshine, pero para esto deben de hacer un largo recorrido para que esta pueda participar. El camino se hace bastante largo y duro, el transporte falla, su abuelo falleció, Frank se encuentra con su supuesto ex, incluso estuvieron a punto de ser arrestados por la familia ya que casi captan el cadáver por que escapan ilegalmente del hospital llevándose al cadáver, etc. Pero esto no les frena para poder llegar a Pequeña Miss Sunshine ya que lograron llevarse hasta a su abuelo hacía allí envuelto en una manta aun así habiendo fallecido ya que Richard dijo que la mayor ilusión de su padre hubiese sido ver a su nieta participar en este concurso. 

Finalmente llegan al hotel donde Miss Sunshine para participar, estos llegaron unos minutos tarde pero Richard les ruega que les perdonen y finalmente los admiten. Se dan cuenta que las participantes son grandes chicas con estilosos cuerpos, cabellos hermosos, preparadas para realizar grandes actuaciones, se dieron cuenta que Olive no estaba preparada para esto. Se dan cuenta que la niña podría llegar a ser humillada por los jueces y el público y le piden por favor que Olive no actúe pero su madre insiste en que la dejen ser ella misma que se sienta bien subiéndose a ese escenario. 

Olive realiza un baile que le enseñó su abuelo, el público disgustado, hacen que los organizadores ordenen a Richard que baje a Olive del escenario, este no lo hace y sube toda la familia a bailar con ella. Más tarde la familia es expulsada de esta situación y piden que nunca más Olive participe en un concurso de belleza, aún así Richard le dice a Olive que su abuelo estaría muy orgulloso por haberlo intentado. Finalmente la familia vuelve a subir al transporte y deciden volver a su hogar, felices. 

A mí esta película me ha enseñado que nunca hay que perder la esperanza y siempre ver el lado positivo de las cosas, y sobre todo me ha enseñado que siempre es mejor intentarlo y perder o ganar que nunca haberlo intentado y perderlo todo.