Phim Mặt Trời Bé Con xoay quanh câu chuyện của một gia đình 6 người sống tại Albuquerque, New Mexico, Mỹ. Đó là cặp vợ chồng Sheryl Hoover, một bà mẹ của hai đứa con luôn quá tải vì công việc hay những rắc rối trong gia đình và Richard, một nhà diễn thuyết môn nghệ thuật sống luôn làm cả gia đình chán nản vì những bài giảng nhạt nhẽo về “9 bước để đi tới thành công” của ông. Hai đứa trẻ trong gia đình là Dwayne, một thiếu niên hâm mộ Nietzsche và thề im lặng cho tới lúc vào được vào trường phi công, em gái của cậu là Olive, cô bé 7 tuổi luôn ấp ủ giấc mộng trở thành một hoa khôi. Sống cùng với gia đình Olive còn có ông nội cô bé là Edwin, một ông già “tay chơi” nghiện ma túy và ăn nói bạt mạng, cùng Frank, anh trai của Sheryl, một học giả đồng tính tự nhận mình là chuyên gia hàng đầu nước Mỹ về Proust nhưng cũng suy sụp tới mức tự tử không thành sau những thất bại đời tư và công việc. Giấc mơ trở thành hoa khôi của Olive bất chợt được nhen nhóm khi cô bé có cơ hội đi tham gia cuộc thi hoa khôi nhí Little Miss Sunshine tổ chức ở Redondo Beach, California. Do không đủ tiền đi máy bay, cả gia đình 6 người quyết định đi từ New Mexico tới California bằng đường bộ trên chiếc xe cũ kỹ VW Bus. Những mâu thuẫn, căng thẳng trong gia đình của Olive bắt đầu bộc phát trên chuyến hành trình mệt mỏi, cộng thêm vào đó là chiếc VW Bus dở chứng hỏng cần số buộc cả nhà mỗi lần muốn khởi động nó lại phải đẩy xe trên một quãng dài.