Da Olive (ABIGAIL BRESLIN) 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 (GREG KINNEAR), en håbløst optimistisk motivationsterapeut; mor Sheryl (TONI COLLETTE), bekymret husmor; hendes bror Frank (STEVE CARELL), homoseksuel Proust-ekspert, frisk udskrevet efter et selvmordsforsøg; Dwayne (PAUL DANO), Sheryls søn af første ægteskab, en vred, Nietzsche-læsende teenager; og endelig farfar (ALAN ARKIN), 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.
