小男孩雨果(阿沙·巴特菲尔德AsaButterfield饰)天生机械控。他寄宿巴黎火车站钟楼,偶尔会去玩具店偷些零件,用来修补父亲(裘德·洛JudeLaw饰)留下的机器人。一次行窃,他被店主乔治?梅里埃(本·金斯利BenKingsley饰)当场抓获,因忌惮带猎狗的巡警(萨莎·拜伦·科恩SachaBaronCohen饰)只得就范。乔治拿走了雨果父亲的遗物——一本机械手册,令他心急如焚,他尾随至乔治家中,结识了养女伊莎贝拉(科洛·莫瑞兹Chlo?Moretz饰),他恳求她帮自己保住手册。而伊莎贝拉则觉得此事蹊跷,于是两人结伴探秘。修好的机器人作画的落款却显示乔治的名字,让他们疑心顿起。终于他们发现了乔治家中装满画作的神秘柜子,并在图书馆的电影书籍中发现了乔治的身世。一位知情人的显身,让他们的奇幻冒险更添神秘……本片根据布莱恩?瑟兹尼克的同名小说改编,是马丁?斯科塞斯的首部3D力作。