Die junge Olive hat einen großen Traum: Sie möchte Schönheitskönigin werden. Ihre Chancen stehen zwar alles andere als gut, dennoch setzt ihre chaotische Familie alles daran, sie dabei zu unterstützen. Gemeinsam macht sich das mollige Mädchen mit seiner Familie auf den Weg nach Kalifornien, wo der "Little Miss Sunshine"-Wettbewerb stattfindet. Unterwegs verläuft allerdings nicht alles nach Plan und als sie beim Wettbewerb ankommen, trifft Olive auf ihre nicht immer freundliche Konkurrenz.