Hugo Cabret é um menino órfão que vive escondido na central de trem de Paris dos anos 1930. Esgueirando-se por passagens secretas, Hugo cuida dos gigantescos relógios do lugar - escuta seus compassos, observa os enormes ponteiros e responsabiliza-se pelo funcionamento das máquinas. A sobrevivência de Hugo depende do anonimato - ele tenta se manter invisível porque guarda um incrível segredo, que é posto em risco quando o severo dono da loja de brinquedos da estação e sua afilhada cruzam o caminho do garoto. Um desenho enigmático, um caderno valioso, uma chave roubada e um homem mecânico estão no centro desta história, que, narrada por texto e imagens, procura misturar elementos dos quadrinhos e do cinema.