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