雨果是巴黎火车站钟楼里的孤儿，他继承了父亲留下的机械天赋，却只能靠偷窃玩具店零件维持机器人的修复。一次偶然，他被玩具店老板乔治抓住，却因此结识了乔治的养女伊莎贝尔。三人一同追寻机器人手中的钥匙线索，竟揭开了乔治隐藏多年的身份——他正是电影先驱乔治·梅里爱。随着秘密浮现，雨果也逐渐直面父亲的死亡，并在修复与创造中找到归属。影片以梦幻的视觉语言，交织机械齿轮与电影胶片，致敬早期电影艺术，讲述一个关于失去、修复与梦想重燃的温暖故事。