Yatim piatu dan sendirian kecuali seorang paman, Hugo Cabret tinggal di dinding stasiun kereta api di Paris tahun 1930 -an. Tugas Hugo adalah untuk meminyaki dan memelihara jam stasiun, tetapi baginya, tugasnya yang lebih penting adalah melindungi otomat dan notebook yang rusak yang diserahkan kepadanya oleh almarhum ayahnya. Didampingi oleh anak perempuan dari seorang pedagang mainan yang sakit hati, Hugo memulai pencarian untuk menyelesaikan misteri otomat dan menemukan tempat yang dapat ia sebut rumah.