Действие картины разворачивается в Париже 30-х годов. Двенадцатилетний мальчик Хьюго Кабрет - сирота. Поэтому он живет вместе со своим дядей. А так как им жить негде, то обитают они на парижском вокзале. Кроме того, дядя часто выпивает.Отец мальчика был очень загадочным и талантливым человеком. Хьюго от него досталась удивительная вещица, робот, над которой они с отцом работали вместе. Роботу не доставало лишь одной детали: ключа, с помощью которого запускался весь сложный механизм.Хьюго часто приходит к лавке, где занимаются починкой самых разнообразных вещей. Однажды хозяин, заметив у мальчика блокнот с оригинальными чертежами и схемами, отнимает его у ребенка, решив, что ему он пригодится не меньше.Вернувшись в лавку, чтобы вернуть свой блокнот, Хьюго встречает Изабель, свою ровесницу. Он рассказывает ей свою историю и о том, что планирует продолжить удивительные дела отца. Изабель выражает готовность, помогать ему во всем. Вместе ребятам предстоит окунуться в мир чудесных и захватывающих приключений ...