Du haut de ses sept ans, la jeune Olive ne rêve que d’une chose : devenir la prochaine reine de beauté. Lorsqu’elle décroche une invitation pour participer au prestigieux concours de Little Miss Sunshine en Californie, c’est toute la famille qui décide de s’envoler avec elle. Unis par leur folie, les membres de la famille vont vivre un road-trip farfelu sur les grandes routes californiennes. C’est le début d’une incroyable aventure humaine pour les Hoover !