Париж. 30-е годы 20-го века. 12-летний беспризорный мальчик Хьюго живет на вокзале и незаметно для всех подменяет своего дядю, который любит выпить и работает часовщиком. Именно там юный герой знакомится с очаровательной девушкой Изабеллой, которая приходится крестной дочерью седовласого старца, торгующего интересными механизмами. Все, что есть у мальчика-сироты так это томящийся в ожидании ключа робот, оставшийся от отца. Хьюго надеется найти заветный ключ, чтобы завести робота. По интересному стечению обстоятельств оказывается, что искомый артефакт находится у Изабеллы. Чуть позже выясняется, что ее крестного отца зовут Жорж Мельес.