Hugo Cabret è un ragazzino orfano che vive da solo nei meandri di una stazione ferroviaria parigina negli anni Trenta. Dopo essersi imbattuto in un macchinario da ricostruire e in una ragazza eccentrica, il ragazzino entrerà in contatto con un anziano e misterioso gestore di un negozio di giocattoli, finendo risucchiato in una magica e misteriosa avventura.