小男孩雨果(阿沙·巴特菲尔德·阿沙·巴特菲尔德)生来就有机械控制。他住在巴黎火车站的钟楼里，偶尔从玩具店偷零件来修理他父亲留下的机器人(裘德·洛·裘德·洛)。在一次入室盗窃中，他被主人乔治·梅里亚(本·金斯利·本·金斯利饰)当场抓获，他不得不屈服，因为他害怕带着猎犬的巡逻警察(萨莎·拜伦·科恩·萨莎·拜伦·科恩)。乔治拿走了雨果父亲的遗物，一本让他担心的机械手册。他跟着乔治回家，遇到了他的养女伊莎贝拉。他恳求她帮他保管手册。另一方面，伊莎贝拉认为这很奇怪，所以他们一起去探索这个秘密。修复后的机器人画上的铭文显示了乔治的名字，这让他们很怀疑。最后，他们在乔治家找到了装满画的神秘柜子，并在图书馆的电影书籍中找到了乔治的生活。内部人士的出现给他们的幻想冒险增加了神秘色彩...这部电影是根据布莱恩·塞兹尼克同名小说和马丁·斯科塞斯的第一部3D杰作改编的。