小男孩雨果（阿沙·巴特菲爾德飾）天生擅長機械，寄宿巴黎火車站鐘樓時偷竊零件修復父親（裘德·洛飾）遺留的機器人。行竊玩具店時被店主喬治?梅里埃（本·金斯利飾）抓獲，遺失父親留下的機械手冊后，他尾隨喬治至家中結識養女伊莎貝拉（科洛·莫瑞茲飾），兩人聯手取回手冊。修復完成的機器人繪制落款"喬治·梅里埃"的作品，引發兩人對喬治神秘過往的好奇。通過圖書館電影資料的查證與老友回憶，他們發現喬治原是早期電影先驅，在一戰后被迫隱姓埋名經營玩具店。兩人協助喬治重拾電影創作遺產，機器人最終繪制的車站全景畫作成為他重返影史的重要見證。該片改編自布萊恩?瑟茲尼克小說，是馬丁·斯科塞斯執導的首部3D作品。