Действие разворачивается во Франции начала 30-х. Главный герой, мальчик-сирота Хьюго, проживающий в стенах парижского вокзала со своим дядей-алкоголиком, случайно находит таинственный механизм, созданный знаменитым фильммейкером Жоржем Мельес. Эта находка запускает цепную реакцию удивительных событий, которые в конечном итоге помогут Хьюго разгадать тайну его покойного отца.