پاریس دهه 1930. هوگو کابره پسرک یتیم دوازده ساله ای است که پس از مرگ پدرش، عمو کلود سرپرست او شده، ولی بعد عمو کلود هم که میخواره است ناپدید شده و هوگو مانده و خودش. هوگو که استعداد فراوانی در کار با ماشین های مختلف از پدرش به ارث برده و ساعت سازی و تعمیر وسایل میکانیکی دیگر را هم از پدر و عمویش یاد گرفته، در غیاب عمویش به ساعت های توی ایستگاه راه آهن پاریس رسیدگی می کند و محل زندگی اش هم همان ایستگاه است؛ اما بازرس ایستگاه اصلا میانه خوبی با هوگو ندارد. هوگو از این ور و آن ور غذا پیدا می کند و گاهی هم وسایل خرد و ریز میکانیکی را از یک اساب بازی فروشی متعلق به یک پیرمرد عجیب و غریب به اسم ژرژ ملی یس کِش می رود. هنوز هم تنها چیزی که او را با پدرش مرتبط می کند، آدمکی مکانیکی ست که آن هم کار نمی کند و ظاهرا به کلیدی به شکل قلب نیاز دارد تا راهش بیندازد. هوگو با پیرمرد صاحب اسباب بازی فروشی بیشتر آشنا می شود و همینطور با ایزابل، دختر خوانده ماجراجوی پیرمرد. هوگو در کمال تعجب متوجه می شود که رابطه خاصی میان آنها با پدر او و آدمک مکانیکیِ به جای مانده از پدرش وجود دارد. در این میان پیرمرد شروع به یادآوری گذشته اش و خاطرات دورانی که فیلمسازی پیشگام و نوآور با قوه تخیلی سرشار بوده، می کند. اما ماجرا وقتی جالب تر می شود که معلوم می شود ایزابل کلید قلبی شکل متعلق به آدمک مکانیکی را در اختیار دارد و این یعنی اینکه هوگو بالاخره می تواندبه آرزویش یعنی راه انداختن آدمک برسد....