Parigi, inizio anni '30. Il dodicenne Hugo vive nella stazione di Montparnasse dove, all'insaputa di tutti, ha sostituito lo zio nel ruolo di tecnico orologiaio. Il suo vero scopo, però, è quello di aggiustare un automa al quale aveva iniziato a lavorare insieme al padre, orologiaio di professione, morto durante un incendio. Hugo, pur di sistemarlo, ruba dei pezzi ad alcuni giocattoli dal negozio dell'anziano giocattolaio della stazione ma viene colto in flagrante e costretto a lavorare per riparare al suo danno. L'incontro con il burbero giocattolaio e la sua figlia adottiva lo risucchierà in una magica e misteriosa avventura che cambierà per sempre la sua vita!