Hugo a 12 ans, il est orphelin et vit dans les combles d'une gare parisienne. Avant de mourir, son père lui a laissé un étrange automate qui ne fonctionne pas.
Aidé par Isabelle, une jeune fille excentrique et un marchand de jouets, Hugo décide de réparer cette insolite machine et de percer son mystère.

Ce film est une adaptation du roman (très) illustré de Brian Selznick : L'invention d'Hugo Cabret. C'est aussi un bel hommage à Georges Méliès, réalisateur de la fin du 19e siècle et père des effets spéciaux !