Little Miss Sunshine is een komisch drama over probleemfamilie Hoover.
Vader Richard (Greg Kinnear) - een doorgedraaide motivatiecoach -, moeder Sheryl (Toni Collette), haar homoseksuele en suïcidale broer Frank (Steve Carell), dochter Olive (Abigail Breslin), zoon Dwayne - die weigert te praten - en opa Edwin (Alan Arkin) - vrijwel altijd onder invloed van drank of drugs - maken een roadtrip in een busje om de droom van hun zevenjarige dochter te verwezenlijken.
Dit leidt tot de meest bizarre en geestige situaties.