Lata 30. XX w. Osierocony 12-letni Hugo mieszka w podziemiach paryskiego dworca kolejowego. Kiedy na jego drodze staje dziewczynka o imieniu Isabelle oraz pan Mélies - starzec prowadzący sklepik z zabawkami, chłopiec wplątuje się w aferę. Elementami układanki są tajemniczy rysunek, notes, skradziony klucz, robot i ukryta wiadomość od nieżyjącego ojca Isabelle. Filmowa adaptacja popularnej powieści Briana Selznicka.