Akcja toczy się we Francji na początku lat 30. Główny bohater, sierota Hugo Cabret (
Asa Butterfield), mieszkający na paryskim dworcu ze swoim wujem-alkoholikiem, przypadkowo znajduje tajemniczy mechanizm, stworzony przez znakomitego filmowca
Georgesa Mélièsa. Ten znaleziony przedmiot uruchamia reakcję łańcuchową dziwnych zdarzeń, które w ostateczności pomogą Hugo odgadnąć tajemnicę jego zmarłego ojca...