Події розгортаються у Парижі на початку 1930-х років. 12-річний хлопчик Г'юґо Кабре, чия мати померла, живе з батьком, який працював годинникарем. Разом вони ходять на фільми Жоржа Мельєса. Після загибелі батька Г'юґо забрав його дядько-п’яничка, який відповідав за роботу вокзального годинника. Хлопчик живе на вокзалі, годується краденими продуктами, а у вільну годину лагодить батьків таємничий механізм – автоматон. Для нього він краде деталі у вокзальному магазині. Як з'ясувалось, цей прилад змайстрував режисер Жорж Мельєс. Фактично фільм – художньо-біографічна розповідь про цього режисера та його роль у становленні світового кінематографа.