Hugo Cabret (Asa Butterfield) mungkin tak pernah mengira kalau ia bakal kehilangan ayah (Jude Law) yang ia cintai, apalagi kalau kepergian ayahnya dipenuhi misteri seperti ini. Tapi semua sudah terjadi dan tak ada pilihan lain buat Hugo selain menghadapi kenyataan pahit ini sambil tetap berusaha mencari tahu ke mana ayahnya menghilang.

Sebelum menghilang, ayah Hugo sempat mewariskan beberapa barang yang sepertinya meninggalkan petunjuk buat Hugo. Hugo tak tahu harus bagaimana namun ia tetap harus berusaha. Di saat yang sama Hugo juga harus merahasiakan di mana ia tinggal selama ini. Memang tak ada yang tahu kalau Hugo selama ini tinggal di lorong-lorong yang tersembunyi di antara dinding-dinding stasiun kota Paris.