在巴黎火车站的齿轮与蒸汽间，藏着一个孤儿的秘密。雨果为修复父亲遗留的机器人，潜入神秘玩具店，却被店主乔治抓获，并夺走了关键手册。为夺回遗物，他结识乔治的养女伊莎贝拉，两人携手潜入一个被遗忘的世界。当修好的机器人画出乔治的签名，当尘封的画柜与电影书籍揭开往事，他们发现——眼前愤世嫉俗的老人，竟是电影史上失踪的魔法师。一段用齿轮转动记忆、用光影修补心灵的奇幻之旅就此展开，而火车站巡警的猎犬脚步声，始终在钟楼阴影中逼近……