Hugo là một cậu bé mồ côi sống trong các bức tường của một nhà xe lửa trong những năm 1930 ở Paris. Công việc của Hugo là sửa chữa đồng hồ và các công cụ khác như cậu ấy đã học được từ cha và chú của mình. Chỉ có 1 thứ mà Hugo có được chính là thứ để Hugo kết nối với cha mình, đó chính là 1 con robot mà cha Hugo để lại nhưng nó lại không hoạt động. Hugo phải đi tìm 1 chiếc chìa khóa có hình trái tim để khởi động nó. Trong cuộc hành trình đi tìm chiếc chìa khóa ấy, Hugo đã gặp 1 ông già khó tính nhiều câu chuyện ly kì đã diễn ra. Hugo dù có kỹ xảo không tốn kém như các bom tấn khác ra cùng thời điểm như Transformers hay Real Steel nhưng vẫn hấp dẫn ở các tình tiết và cách dẫn dắt câu chuyện.