Yatim piatu dan sendirian kecuali pamannya, Hugo Cabret tinggal di dalam tembok stasiun kereta api di Paris pada tahun 1930-an. Pekerjaan Hugo adalah memberi minyak dan merawat jam-jam stasiun, tetapi baginya, tugas yang lebih penting adalah melindungi sebuah automaton rusak dan buku catatan yang diwariskan mendiang ayahnya. Ditemani oleh putri baptis seorang pedagang mainan yang sakit hati, Hugo memulai perjalanan untuk memecahkan misteri automaton dan menemukan tempat yang dapat disebutnya sebagai rumah.