Los Hoover son una familia conflictiva: el abuelo esnifa cocaína y suelta palabrotas, el padre da cursos sobre el éxito con estrepitoso fracaso, la madre no da abasto, el tío se recupera de un suicidio frustrado al ser abandonado por su novio, el hijo adolescente lee a Nietzsche y se niega a hablar, y la hija pequeña, Olive, gafotas y ligeramente gordinflona, quiere ser una belleza. Cuando un golpe de suerte lleva a Olive a ser invitada a participar en el muy competitivo concurso de 'Pequeña Miss Sunshine' en California, toda la familia Hoover se reúne para ir con ella. Se apilan en su oxidada furgoneta Volkswagen y se dirigen hacia el Oeste en un trágicómico periplo de tres días lleno de locas sorpresas que les lleva al gran debut de Olive, el cual cambiará a esta familia de inadaptados de una forma que nunca hubieran imaginado.

Un platillo volador aterriza en el patio trasero de un anciano de los suburbios con problemas de memoria, que forma un vínculo con el alienígena asustado que está dentro.

Cuando su vida se ve sacudida por una serie de inesperados acontecimientos, Edee pierde la habilidad de conectar con el mundo y la gente que una vez la rodeó. Hastiada de su vida, decide retirarse a un bosque en las Montañas Rocosas con unos pocos víveres. Pese a que la belleza de su nuevo hogar es incontestable, Edee sufre para lograr ajustarse a su nueva vida y especialmente al duro invierno que le espera a la vuelta de la esquina. Un día es descubierta al borde de la muerte por un cazador local que logra salvarla, pero su mayor reto llegará cuando trate de volver a aprender a vivir de nuevo.