Cuando, gracias a un golpe de suerte, invitan a Olivia, la hija pequeña, a participar en el concurso de 'Pequeña Miss Sunshine, en California, la acompaña toda la familia. Hacinados en una destartalada furgoneta Volkswagen, se dirigen hacia el Oeste en un trágicómico periplo de tres días lleno de inesperadas sorpresas. El debut de Olive será el detonante de un cambio profundo en esta familia de inadaptados.

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