เรื่องราวเกิดขึ้นในกรุงปารีสในช่วงทศวรรษ 1930 ติดตามชีวิตของ Hugo Cabret (Asa Butterfield) เด็กชายที่อาศัยอยู่ในสถานีรถไฟใต้ดิน หลังจากการสูญเสียพ่อและการถูกส่งไปอยู่กับลุงที่ดูแลสถานี เขาใช้ชีวิตแบบหลบซ่อนอยู่ในสถานีรถไฟ โดยมีเป้าหมายในการซ่อมแซม หุ่นยนต์ (automaton) ที่พ่อของเขาเคยทำงานด้วย
ในระหว่างการค้นหา Hugo ได้พบกับ Isabelle (Chloë Grace Moretz) หญิงสาวที่เป็นหลานสาวของ Georges Méliès (Ben Kingsley) ผู้กำกับภาพยนตร์ชื่อดังที่ประสบปัญหาทางการเงินและสูญเสียความฝันของเขา Hugo และ Isabelle ร่วมมือกันในการค้นหาความจริงเกี่ยวกับหุ่นยนต์และชีวิตของ Méliès โดยการเดินทางนี้พาพวกเขาไปสู่การค้นพบที่สำคัญเกี่ยวกับมรดกทางวรรณกรรมและภาพยนตร์
