Yatim piatu dan sendirian kecuali seorang paman, Hugo Cabret tinggal di tembok sebuah stasiun kereta di Paris tahun 1930-an. Tugas Hugo adalah meminyaki dan memelihara jam stasiun, tetapi baginya, tugasnya yang lebih penting adalah melindungi robot dan buku catatan rusak yang ditinggalkan oleh mendiang ayahnya. Ditemani oleh putri baptis dari pedagang mainan yang sakit hati, Hugo memulai pencarian untuk memecahkan misteri robot dan menemukan tempat yang bisa dia sebut rumah.