Syvårige Olive Hoover drømmer om at vinde skønhedskonkurrencen Little Miss Sunshine, og selvom hun har et ret almindeligt udseende, et par kilo for meget på sidebenene og tykke briller bakker hendes mærkværdige, men også elskelige familie, op om hende. Derfor tager hele familien af sted i deres gamle folkevognsrugbrød og kører fra Albuquerque til Californien, hvor konkurrencen foregår. Turen byder på mange morsomme oplevelser og store personlige omvæltninger. Da de er fremme, bliver det nødvendigt for dem at tage alternative metoder i brug for at Olive kan vinde konkurrencen.

Den midaldrende Fern mister sit arbejde, da den lokale gipsfabrik bliver lukket. Der er ingen grund til at blive hængende i byen, så Fern begiver sig af sted i sin lille varevogn, der nu er hendes hjem. Ud på de amerikanske landeveje sammen med de andre nomader, der - måske tvunget af omstændighederne - har sagt farvel til hus og hjem og nu lever det hårde, men frie liv på vejene.

Greider, en fotograf, ankommer til en lille isoleret by i alperne, i slutningen af det nittende århundrede. Byen er styret med sadistisk hånd af en nådesløs familie, og Greider træder ind i midten af det hele.