어릴 적 아버지에게 배운 기계 수리 기술을 이용해 기차역 내 시계를 작동시키며 숨어살고 있는 휴고. 그는 아버지가 남긴 고장난 오토마톤 인형의 미스테리를 풀기 위해 장난감 가게에서 부품을 훔치다 가게 주인인 조르쥬에게 들켜 아버지의 수첩을 빼앗긴다. 휴고는 조르쥬 할아버지의 손녀 이자벨과 함께 수첩을 찾아 다니다 할아버지가 최초로 영화를 예술로 인식한 영화감독인 조르쥬 멜리에스였다는 사실을 알게 된다. 미국의 거장 마틴 스콜세지 감독이 영화를 사랑하는 소년 소녀를 통해 초창기 영화 제작의 위대한 선구자였던 조르쥬 멜리에스 감독에 대한 헌사를 담은 영화이다.  ​