Im Paris der 1920er Jahre lebt der Waisenjunge Hugo in einem Bahnhof. Dort stößt er auf das Geheimnis seines verstorbenen Vaters – einen Automaten, einen Schlüssel und eine rätselhafte Verbindung zu einem Spielzeugladen. So deckt er bald ein verloren geglaubtes Kapitel der frühen Filmgeschichte auf.

Zu den Klängen der pfeifenden Dampfloks erwacht das Paris der 1930er Jahre zu neuem Leben. In Scorseses Familienabenteuer verschmelzen ein Rätsel, kunstvolle Spielzeugmechanik und die fantasievollen Trickfilme von Georges Méliès zu einer hinreißenden Hommage an die Magie des frühen Kinos.