少年ヒューゴ (エイサ・バターフィールド エイサ・バターフィールド) は、機械制御を持って生まれました。彼はパリ駅の時計台に滞在し、父親（ジュード・ロウ）が残したロボットを修理するために時々おもちゃ屋に部品を盗みに行きました。万引きの最中、店主のジョージ・メリエ（演：ベン・キングズレー）にその場で捕らえられたが、猟犬を連れた巡回員（演：サシャ・バロン・コーエン）を恐れて諦めざるを得なかった。ジョージはヒューゴの父親の遺品である機械式マニュアルを持ち去ったため、彼はジョージの家に行き、養女のイザベラ（クロエ・モレッツ）に会い、マニュアルを保管するのを手伝ってくれるよう懇願した。しかし、イザベラは事態がおかしいと感じ、二人で秘密を探ろうとした。修理されたロボットの絵のサインにはジョージの名前があったため、彼らは不審に思った。最後に、彼らはジョージの家で絵画でいっぱいの謎のキャビネットを発見し、図書館の映画本でジョージの人生経験を発見しました。内部関係者の登場により、彼らのファンタジー冒険はさらにミステリアスなものになります... この映画はブライアン・セルズニックの同名小説を原作としたマーティン・スコセッシ初の 3D 傑作です。